科学家首次从太空向地球发射太阳能

　　MAPLE内部的图像，它是空间太阳能动力演示器上的仪器，实现了能量在空间的无线传输。(图片来源:加州理工学院)

　　据美国太空网（罗伯特·李）：一个太空太阳能原型首次展示了其通过太空无线传输能量并将可检测的能量导向地球的能力。这项实验证明了从太空中获取太阳能这种近乎无限的能源供应的可行性。

　　因为太空中的太阳能不受昼夜、云层遮蔽或地球天气等因素的影响，所以它总是可用的。事实上，据估计，在地球表面的任何地方，天基收割机产生的电力都可能比太阳能电池板多八倍。

　　无线电力传输是通过电力传输低轨道实验微波阵列(MAPLE)实现的，这是一个灵活轻便的微波电力发射器阵列，是空间太阳能发电演示器(SSPD-1)携带的三个仪器之一。

　　SSPD 1号于2023年1月发射，是加州理工学院(Caltech)太空太阳能项目(SSPP)的一部分，其主要目标是在太空中收获太阳能，然后将其传输到地球表面。

　　“通过迄今为止我们进行的实验，我们得到了证实，MAPLE可以成功地将电力传输到太空中的接收器，”天基太阳能项目的联合主任Ali Hajimiri博士在一份声明中说。“我们还能够对阵列进行编程，使其能量指向地球，这是我们在加州理工学院检测到的。当然，我们已经在地球上测试过它，但现在我们知道它可以在太空旅行中存活下来，并在那里运行。”

　　MAPLE通过将能量从一个发射器发送到大约一英尺远的两个独立的接收器阵列，展示了能量在太空中的无线传输，并在那里转化为电能。这是用来点亮一对发光二极管。

　　SSPD一号的科学家们正在加州理工学院摩尔实验室的屋顶上检测来自枫树的能量。(图片鸣谢:阿里·哈吉米里/卡莱奇)

　　该仪器然后将能量从安装在该装置上的一个小窗口传送到加州理工学院帕萨迪纳校区戈登和贝蒂·摩尔工程实验室的屋顶上。

　　由于MAPLE不是密封的，该实验还展示了它在太空的恶劣环境中工作的能力，同时经受温度的大幅波动和暴露在太阳辐射下。这种样机所经历的条件将很快被大规模的SSPP机组感受到。

　　“据我们所知，还没有人在太空中演示过无线能量传输，即使是用昂贵的刚性结构，”Hajimiri补充道。“我们正在用灵活、轻便的结构和我们自己的集成电路来实现这一目标。这是第一次！”

　　一张从太空拍摄的枫树内部的照片，发射阵列在右边，接收器在左边。(图片鸣谢:SSPP)

　　在加州理工学院的一段视频中，领导加州理工学院开发MAPLE的Hajimiri解释了能量在空间的无线传输是如何基于一种叫做“干涉”的量子现象的。

　　干涉是由于光的波动性而产生的。当两个光波重叠时，如果它们同相，则波对齐，并且波峰相遇并产生更大的波峰，其高度是两个原始波峰的总和。这叫做相长干涉。

　　然而，如果光波是异相的，并且在未对准时重叠，则波峰可能会遇到波谷，两者会互相抵消，这个过程称为相消干涉。

　　“如果你有多个在同一阶段协同工作的能源，你实际上可以将能量导向一个方向，所以所有的能源只会在一个方向上增加，而在所有其他方向上相互抵消，”Hajimiri说。“就像放大镜可以将光聚焦到一个小点上一样，你可以通过这种方式来控制时间，这样你就可以将所有的能量聚焦在一个比你开始的区域更小的区域。”

　　通过精确控制这一过程的时间，能量的方向可以在纳秒的范围内非常迅速地调整，功率可以被重定向到基于空间的接收器甚至地球上的接收器。这使得能量可以被引导到期望的位置，而不是其他地方，并且所有这些都可以在不需要任何移动机械部件的情况下完成。

　　Hajimiri和他的团队现在正在评估组成MAPLE的各个单元的性能。一个耗时长达六个月的艰苦过程。这将允许他们提供反馈，这些反馈将在将来指导系统的完全实现版本的开发。

　　按照计划，SSPP最终将由一组模块化的航天器组成，这些航天器收集阳光，将其转化为电能，并将其转化为微波，然后将其传播到很远的地方，包括需要能量的地方。这可能包括全球现有能源基础设施服务不足的地区。

　　Hajimiri总结道:“就像互联网使信息的获取民主化一样，我们希望无线能源传输也能使能源的获取民主化。”“地面上不需要能量传输基础设施来接收这种能量。这意味着我们可以向偏远地区和遭受战争或自然灾害破坏的地区输送能源。”