太空中的太阳能电站可能是我们能源需求的答案

　　这听起来像是科幻小说：巨大的太阳能发电站漂浮在太空中，将巨大的能量辐射到地球上。长期以来，这个概念（最初由俄罗斯科学家 Konstantin Tsiolkovsky于1920年代提出）主要是对作家的启发。

　　然而，一个世纪后，科学家在将这一概念变为现实方面取得了巨大进步。欧洲航天局已经意识到了这些努力的潜力，现在正寻求为此类项目提供资金，并预测我们将从太空获得的第一种工业资源是“束流发电”。

　　气候变化是我们这个时代最大的挑战，因此存在很多风险。从全球气温上升到天气模式转变 ，全球已经感受到气候变化的影响 。克服这一挑战将需要彻底改变我们产生和消耗能源的方式。

　　近年来，可再生能源技术得到了飞速发展，具有更高的效率和更低的成本。但是，吸收它们的一个主要障碍是它们不能持续提供能量。风力发电场和太阳能发电场仅在风吹或太阳照耀时才产生能量，但我们每天都需要全天候供电。最终，我们需要一种能够大规模存储能量的方法，然后才能转向可再生能源。

　　空间的好处

　　解决这个问题的一种可能方法是在太空中产生太阳能。这有很多优点。一个天基太阳能发电站可以一天24小时面向太阳运行。地球的大气层也吸收并反射一些太阳光，因此大气层上方的太阳能电池将接收更多的阳光并产生更多的能量。

　　但是要克服的主要挑战之一是如何组装，发射和部署如此大的结构。一个太阳能发电站的面积可能必须多达10平方公里，相当于1,400个足球场。使用轻质材料也将至关重要，因为最大的支出将是将火箭发射到太空的费用。

　　一种建议的解决方案是开发成千上万个较小的卫星，这些卫星将聚集在一起并配置为一个大型的太阳能发电机。2017年，加利福尼亚理工学院的研究人员概述了模块化电站的设计，该 电站由数千个超轻太阳能电池砖组成。他们还演示了原型瓷砖，每平方米仅重280克，与卡片的重量相似。

　　近来，也正在针对这种应用关注诸如3D打印之类的制造方面的发展。在利物浦大学，我们正在探索将超轻型太阳能电池印刷到太阳帆上的新制造技术 。太阳帆是一种可折叠的，轻便的，高反射率的膜，能够利用太阳辐射压力的作用来 推动航天器向前推进而无需燃料。我们正在探索如何将太阳能电池嵌入太阳能帆结构中，以创建大型的无燃料太阳能发电站。

　　这些方法将使我们能够在太空中建造电站。确实，有一天有可能在国际空间站或 将绕月轨道运行的未来月球门户站制造和部署太空装置 。这样的设备实际上可以帮助在月球上供电。

　　可能性不止于此。尽管我们目前依靠地球上的材料来建造电站，但科学家们也在考虑利用太空中的资源进行制造，例如月球上发现的材料。

　　另一个重大挑战是将功率传输回地球。该计划是将太阳能电池中的电能转换为能量波，并利用电磁场将其向下传递到地球表面的天线。天线然后将波转换回电能。由日本航空航天局领导的 研究 人员已经开发了设计并展示了一种能够实现这一目标的轨道系统 。

　　在这个领域仍然有很多工作要做，但是目标是在未来几十年中实现太空中的太阳能发电站成为现实。中国的研究人员 设计了一个名为Omega的系统，该系统的目标是到2050年投入运行。该系统应能够以最高性能向地球电网提供2GW的电力，这是一个巨大的数目。为了用地球上的太阳能电池板产生那么多的电力，您将需要 超过600万个。

　　像设计为月球漫游器供电的那些卫星一样，较小的太阳能卫星 甚至可以更早地投入运行。

　　在全球范围内，科学界正在投入时间和精力来发展太空太阳能电站。我们希望，它们有一天可以成为我们应对气候变化的重要工具。