太空太阳能引领清洁能源新革命

【科技创新新视角】

随着人类社会逐步步入高度电气化时代，加之大数据与人工智能不断推动科技变革，能源消耗总量正持续攀升。尽管风能和太阳能这些地面可再生能源日益受到重视，其发电却容易受到不稳定气候与空间不足的制约。在应对能源挑战的新探索中，天基太阳能（SBSP）正逐渐被视为迈向清洁且充沛能源未来的重要突破。

据世界经济论坛报道，得益于发射技术不断进步与制造环节成本下降，天基太阳能已在经济和技术层面显现出应用潜力。倘若关键技术进一步完善，如发射的费用再度降低以及能量传输效率提升，天基太阳能有望成为全球能源体系的重要组成部分。

优势突出，前途广阔

风力与地面太阳能发电常受天气和地理环境影响，发电量时常波动。例如地面太阳能容易受到云层或夜晚影响，能源波动性大；核能虽稳定，却伴有放射性污染隐忧。相较而言，太空中的阳光辐射远超地表，持续而稳定，理论上可以全年无休地供电。

天基太阳能的核心思路是将太阳能电池板布设在地球轨道，通过无线技术把收集的能源输送到地面站点。这一设想由美国科学家彼得·格拉泽在上世纪60年代提出，构想于距地球3.6万公里的静止轨道部署太阳能卫星，使其长时间承受阳光照射。采集所得的能量会被转换为微波，并传送至地面接收器。微波传输过程安全，其功率大致约230W/m2，远低于正午太阳直射强度。

70年代，天基太阳能被认为技术上已经具备操作条件，直至近十年发射技术与规模制造才让其经济可行性初步显现。

天基太阳能比传统能源更稳健可靠，可持续为电网提供基载电力，减少对煤炭、石油以及核能的依赖。同时，太空中的太阳能辐射更强，单位面积发电效率更高，无需占用大量土地资源。美国国家航空航天局的调研显示，先进的天基太阳能系统可实现全年99%的发电效率。

此外，天基太阳能高能量密度意味着材料消耗将大大减少，有利于环保和资源节约。其能源分配能力也极强——单颗卫星能够实现对地球近1/4区域的持续供能，使跨洲际电力流转变得可能，有望以低成本覆盖全球的能源需求。

全球布局竞速

围绕太空能源的创新竞争已然升温，越来越多的国家和企业投入天基太阳能领域。

2023年8月，美国加州理工学院完成了天基太阳能原型的太空能量无线传输试验。项目依靠“MAPLE”微波发射技术，首次实现了太空采集、地面接收的两重目标——不但点亮了一组LED灯，还成功传递能量至加州实验室屋顶上的接收设备。

中国也在该领域稳步推进。重庆“天基太阳能电站实验基”与西安“地面验证平台”已落地建设，其中西安系统于2022年完成55米高度的微波能量垂直传输实验，发射功率突破2千瓦。根据中国科学院公布的研发路径，中国预计将在2030至2050年间实现空间太阳能发电的产业化应用。

欧洲空间局于2023年启动了“SOLARIS”项目，拟在三年内投入6000万欧元开展太阳能电池及空间机器人等核心技术的预研工作，为后续太空工作验证打下基础。

英国同样积极投入赛道。据英国媒体今年4月28日报道，其“CASSIOPeiA”方案已获政府认可，成为空间太阳能发电试点核心。多家参与企业计划在六年内交付首个商业系统，英国还组成了由超90个产学研单位协作的太空能源联盟，推动相关技术快速成熟。

日本将天基太阳能列为重点科研方向，不断推进关键实验工作。2024年12月，日本宇宙航空研究开发机构与航天系统公司携手，成功完成了7000米高空至地面的微波输能验证，部署在地面的13台接收设备均顺利捕获传送能量。

突破瓶颈是关键

天基太阳能的发展前景令人期待，不过要真正落地，还需进一步攻克若干技术难点。

发射成本依然是重要挑战。虽然全球运载能力不断提升、发射费用逐渐降低，但欧洲空间局指出，修建国际空间站已需多次火箭升空，更大规模的轨道太阳能系统投资量将更为庞大。所幸目前可重复使用火箭日益成熟，让太空工程变得更加经济可行，为天基太阳能长远发展带来积极影响。

传输与维护技术同样需进一步突破。虽然小规模无线能量传输已经验证，但千兆瓦级太阳能稳定回传对技术精度提出了更高要求。同时，整体空间结构的自动组装与维护有赖于先进的机器人工程，这也是实现大规模天基太阳能发电的又一技术关口。