宇宙太阳能发电系统能否实现？(上)

现在，以日本宇宙航空研发机构（JAXA）为中心，产学官在合作研发“空间太阳能发电系统（SSPS＝Space Solar Power Systems）”。其目标是实现这一系统，用空间技术为能源领域做贡献。JAXA研发本部未踏技术研究中心研究员上土井大助接受了记者采访。 　　“这是一项宏伟的计划，实现之路的确很漫长。但如果放弃就一切都完了。我们现在只有坚韧不拔地朝着梦想一步步前进。” 　　日本宇宙航空研发机构（JAXA）研发本部未踏技术研究中心研究员上土井大助坚定地说道。 　　现在，上土井等人正在着手开发“空间太阳能发电系统”。如果实现，这种系统有望成为承担未来能源供应重任的基础设施。因此，日本内阁会议2014年4月通过的《能源基本计划》和内阁宇宙开发战略本部2013年1月通过的《宇宙基本计划》都将其列入其中，并作为国策在推进实施。 空间太阳能发电系统（示意图）（出处：JAXA） 　　日本处在世界顶尖水平 　　空间太阳能发电系统，顾名思义是指在宇宙空间进行太阳能发电，把所发电力转换成微波和激光以无线方式传送至地面，在地面接收并转换成电能使用的发电系统。 　　虽然听上去像是科幻电影的情节，但实际上，空间太阳能发电的历史悠久，可以追溯到1968年。最早由美国的航天工程师彼得·格拉泽（Peter Glaser）提出。无线传输能源的原理已经得到验证，日本如今是这一领域的领头羊。 　　空间太阳能发电系统示意图。2000年代以JAXA为中心探讨的概念是由2片反射镜、太阳能电池以及微波供电装置组成 　　宇宙空间不同于地面，不分白天和黑夜，也不受天气情况的影响，尽管是自然能源也可24小时发电。而且，宇宙没有空气，没有光的散射和吸收。因此，太阳能电池板接收到的阳光的光能是地面的5～10倍以上。 　　考虑到未来的技术发展，并估算从太空传输到地面时会发生的能量转换损耗约为50％时，则太阳能电池板单位面积的发电量还可为地面的2.5～5倍。而且，2011年3月11日的东日本大地震发生后，空间太阳能发电作为能够取代核电、火力发电成为基础电源的自然能源，在日本的关注度陡增。 　　上土井意气风发地说：“现在，全世界只有日本把开发空间太阳能发电系统作为国策，制定计划并由产学官联合进行研发。美国政府等因为财政问题和政策方针等原因，国家并没有开展具有连续性的研究。因此，日本在空间太阳能发电系统领域的技术水平被认为在全世界首屈一指。身为一名空间太阳能发电系统的研究者，我相信自己从事的是能够为解决人类的能源问题做出贡献的有意义的研究，希望我们能够领先世界，早日实现这一系统。” 　　他的梦想是实现空间太阳能发电系统，利用空间技术为能源领域做出贡献。 　　志向虽然远大，但要克服的课题堆积如山。“课题的确不少”，一番开场白过后，上土井道出了JAXA在研发过程碰到的三大技术课题。第一个是“微波无线能源传输技术”，第二个是“激光无线能源传输技术”，第三个是“大型结构体组装技术”。 　　正在研发的基础技术大致分为三项 　　在介绍这些技术的内容和课题之前，首先来看空间太阳能发电系统的整体结构。 　　系统由设置在宇宙空间的空间太阳能发电卫星与设置在地面的接收设备两部分组成。 　　空间太阳能发电卫星配备太阳能电池板、把太阳能电池板所发直流电转换成微波和激光的装置，以及向地面传送的装置三种装置。 　　而地面的接收设备上，设有将微波和激光转换为直流电的装置和电力转换机。通过该转换机直流电再转换成交流电，传送到现有的商用电力网。 　　JAXA从1998年正式开始研究空间太阳能发电系统。最初，研究的核心人物是京都大学名誉教授、现任该校校长的松本纮与已经去世的前宇宙科学研究所（2003年并入JAXA）教授长友信人，他们于1980年代从美国带回了空间太阳能发电系统的概念。 　　迄今为止，以美国为中心，世界各地虽已提出了几十种空间太阳能发电系统方案，JAXA也用10多年的时间进行了实用系统的设计和研究。 　　JAXA目前仍未确定是使用微波还是使用激光从宇宙向地面传送电力。原因是二者各有短长。正在考虑按照用途区别使用。因此，JAXA正在平行研发两种能源传输技术，计划在2014年度末之前开展地面验证实验。 　　首先来看第一项基础技术“微波无线能源传输技术”，这究竟是一种什么样的技术？（未完待续 特约撰稿人：山田 久美，科学技术记者）