太空太阳能引领清洁能源发展新篇章

【科技创新世界潮】

电气化进程持续推进，伴随着大数据和人工智能技术的飞速变革，全球能源的需求正持续攀升。地面的风能和太阳能虽然不可或缺，但受限于间歇性和对土地的大量占用。正因如此，天基太阳能（SBSP）为人类寻求清洁、高效能源提供了新的想象空间。

据世界经济论坛最近报道，随着发射经济性的提高和制造业的进步，天基太阳能的技术与经济基础日益成熟，有望为全球能源结构注入新活力。当然，距离商业化应用仍有诸多壁垒亟待突破，包括持续压缩太空发射成本和提升地面电力接收效率等关键点。

多元优势，广阔前景

地面风电、光伏发电极易受到气候与环境变化影响，比如云层掩盖会削弱阳光，使供电时断时续；而核电又存在辐射废弃物和环境风险。相比之下，太空的日照强度是地球表面的5—10倍，能源充沛且可全天候供给，远离地面环境因素的干扰。

天基太阳能指的是把太阳能发电设施部署在地球轨道上，通过太阳能电池板收集光能，并以无线方式将能量回传地面接收站。这一想法最早可追溯至1968年，由美国科学家彼得·格拉泽提出，即在距离地表约3.6万公里的静止轨道投建巨型太阳能卫星，让其24小时持续采集太阳能，然后把能量转变为微波，送至地面站接收。所使用的微波强度大约为230瓦/平方米，仅为日照强度约四分之一，并无危害。

天基太阳能的技术基础早在20世纪70年代即被认定，但直到近十年内，受制于发射经济性与技术壁垒，发展速度有限。随着火箭发射费用逐年下探，以及关键工程的逐步实现，这一领域正在从理论走向实际应用。

与现有能源相比，天基太阳能最大的优势在于能够不间断提供基载能源，这一能力原本通常仅化石能源与核电具备。同时，由于太空中的光照密度远高于地面，单块太阳能板产出的电量远超地面设施，大幅减少了土地压力。美国国家航空航天局的模型预测，某些天基太阳能方案，发电时间占到全年的99%。

高效、持续的能源输出，也意味着材料消耗的降低，更加环保且节约资源。另一方面，天基太阳能具备高度响应与灵活调度的特点，每颗卫星可覆盖地球四分之一面积，实现洲际电力的快速传输，被视作未来全球能源互联的关键节点。业内研究普遍认为，天基太阳能具备以低成本大规模满足能源需求的潜力。

全球加速战略部署

如今，天基太阳能已成为各国竞相布局的新兴赛道，众多国际机构与企业积极投入。

2023年8月，美国加州理工学院研制的天基太阳能验证原型，在太空实现了能量的无线传送创新。该系统采用轻量化微波模块MAPLE，在轨成功采集太阳能并通过无线方式点亮LED灯，部分能量甚至被回传至地面，并由该学院工程实验室屋顶的接收器准确获取。

中国方面，则推进千米级空间太阳能电站阵列，其目标是在2028年前实现关键突破。目前，重庆已设立空间太阳能电站实验基地，而西安建成的全链路地面验证系统在2022年6月完成了55米垂直距离的微波输能试验，功率超2千瓦。按照中国科学院的规划，2030至2050年间有望建成首批空间太阳能商业发电系统。

欧洲空间局则在2023年正式启动“SOLARIS”预研项目，计划3年投资6000万欧元，围绕太阳能组件、能量转换器和太空机器人等核心技术展开攻关，为未来在轨试验打下基础。

英国政府已将“恒定孔径、固态集成、轨道相控阵列”（CASSIOPeiA）方案列为天基太阳能发电厂的重要演示工程，并计划六年内搭建商业化系统。同时，英国设立由90余家工业、学术和政府机构组成的太空能源联盟，全面推动相关产业升级。

日本也将天基太阳能作为发展重心，持续进行重要技术的测试。2024年12月，日本宇宙航空研究开发机构联合企业，完成了飞机在7000米高空向地面精准传输微波的实验，地面13台设备均成功接收信号。

攻坚技术瓶颈

尽管前景诱人，天基太阳能的全面落地仍有待多项核心技术突破。

首先，受限于规模化发射成本。目前，全球卫星发射费用持续下降，然而欧洲空间局指出，要建造规模比国际空间站更庞大的空间电站，所需发射任务将成倍增长。幸运的是，随着可复用火箭技术的发展，商业航天成本有望进一步下探，推动天基太阳能产业化。

此外，大容量无线能量传输和空间结构自动化组装也是必须跨过的坎。目前虽然小范围无线输能已实现，但若要将数千兆瓦的能源稳定、无损送达地面，还有不少难题待解。而在太空利用机器人高效完成庞大设备的组装和维修，也意味着需要在无人化、智能化技术方面持续创新。