在科技高速發展的今天，對太空的探索也越發激進。然而，當新聞傳出美國一顆相當于大巴車體積的失控衛星，與地球進行了親密接觸，引起全球恐慌。

    時隔6天，中國的“天宮一號”被精準送入到預定軌道。眾所周知，飛船、衛星等航天器在太空中飛行主要依靠電池提供動力，而這個電力供給主要來自太陽能電池帆翼。

    為什么要開發太空太陽能電力

    據計算，太陽向地球表面輻射的能量非常巨大，每平方米可接收1336瓦的能量，而由于受到地球大氣云層的反射和吸收，中微小懸浮顆粒的散射，不同的季節和晝夜更替等因素影響，落到地表的太陽光能量每平方米只有125瓦至375瓦。

大氣云層對太陽光的反射和吸收

    如果將太陽能電池板發射到空中，并組建成空間電站。那樣，電池板在所有的時間里都能接收來自太陽的輻射，提高了電站的利用效率，從而降低了光伏發電的成本。因為當今地面太陽能電站備受詬病的其中一個原因就是發電成本昂貴。

    四十多年前，美國科學家彼得·格拉瑟首次提出了這種“太空太陽能電站”的設想，乍聽起來，很有些小說中的科幻景象。但經過美國國家宇航局隨后幾十年的探索、分析和總結，2007年10月，美國國家安全太空辦公室悄然推出了一份建造太空電站可行性研究的中期評估報告，該評估報告的關鍵點在于其“可行性”，難道那個看似天方夜譚的想法如今真的要成為現實了？

    進入21世紀，太陽能光伏產業得到迅猛發展，科學家建議：將之前提出的建設“太空太陽能電站”的構想付諸實際，測算顯示：這樣一個電站的面積將達幾平方公里。

    太陽能太空電站的工作原理

    據了解，“天宮一號”空間實驗室應用了折疊式砷化鎵太陽能電池板，共計5片，可供實驗室內部的設備正常運轉。而太空電站的原理與“天宮一號”太陽能電池的工作原理相比，技術上要復雜得多。設計原理為：將其放置在地球同步軌道上，隨地球同步自轉，通過安裝在太陽能電池板上的微波轉換器，將太陽能電池獲取的電力轉換成選定頻率的微波束，徑直傳向地球表面上的網格整流天線接收器，再將其轉換成電能。

    實驗證明，頻率為5.8千兆赫的微波轉換器在將直流電轉變為射頻的過程中，其轉換效率可達到80%以上；與之對應，地面上的整流天線（將射頻微波轉化為電能）轉換效率也能高于80%,這一關鍵技術為太空電站的基礎設施建設取得實質性進展提供了重要的技術保證。

    不過巨大的能量轉換過程會不會傷及人類、飛機和衛星呢？實驗證明：波長為12.24厘米的電磁波可以輕松穿透地球大氣層，只要強度適當，對生命體不會有傷害。

    挑戰無處不在

    計算顯示：一個吉瓦級的太空電站，需要運送至少幾平方公里面積大小的太陽能電池板到太空中去（如未來的電池效率會大幅提升，面積會減少），加上支架、微波轉換器、聚光器等器件，需要具有足夠運載能力的火箭作為支持，而據現有火箭的運載能力估算，建造如此規模的太空電站每年要發射上千次之多，耗資比在地面上建設相同裝機的太陽能電站要貴百倍以上，這無疑是最大的瓶頸。

    另外，在太空中組裝龐大的空間太陽能電站，需要多少名宇航員？多久建造完成呢？相信這些數字都將令人瞠目。

    還有運行問題。空間太陽能電站在運行過程中需定期對波束、組件等關鍵部件進行安全檢測、維修，還要避免其他太空垃圾對其干擾，因為電站一旦建成，只要遭到其他垃圾的撞擊，后果難以估算，所以維護成本非常之高。

    其實，所有的挑戰最后都是要歸根于資金支持這塊，只要有了強有力的財政后備和技術支持，一切都可以迎刃而解。盡管挑戰無處不在，但人類也沒有停下對太空電站建設的步伐，日本、美國、中國和歐洲一些國家都在努力中。

    誰在躍躍欲試

    近二十年來，由于主要石油生產國的政局不穩，傳統能源日益短缺，核電質疑頻頻，因此美國、日本、歐盟、俄羅斯等國都將視線轉向了外太空，紛紛提出自己的國際空間太陽能電站構想。

    美國1979年設計了一個“SPS基準系統”方案，該方案為：在地球靜止軌道上布置60個發電衛星，每個發電衛星的發電能力各為5吉瓦。而十年后，NASA又在SERT研究計劃中提出了集成對稱聚光系統設計方案，該方案采用了位于桅桿兩邊的大型蚌殼狀聚光器將太陽能反射到兩個位于中央的光伏陣列，聚光器與桅桿間相互旋轉以應對每天的軌道變化和季節變化。方案看似都很具體，但是可行性有待改進。

    日本航天機構在研發太空太陽能電站方面十分積極。據報道，為減小單個模塊的復雜性和重量，日本科學家提出了分布式繩系衛星的概念。其基本單元由尺寸為100米×95米的單元板和衛星平臺組成，單元板和衛星平臺間采用四根2千米~10千米的繩系懸掛在一起。單元板是由太陽能電池、微波轉換裝置和發射天線組成的夾層結構板，共包含3800個模塊。每個單元板的總重約為42.5噸，微波能量傳輸功率為2.1兆瓦。

    歐洲在1998年“空間及探索利用的系統概念、結構和技術研究”計劃中提出了歐洲太陽帆塔概念，即采用可展開的輕型結構--太陽帆。其可以大大降低系統的總重量、減小系統的裝配難度。其中每一塊太陽帆電池陣為一個模塊，尺寸為150米×150米，發射入軌后自動展開，在低地軌道進行系統組裝，再通過電推力器轉移至地球同步軌道，這看似是個很可行的辦法。

    在發達國家忙碌著探索太空能源的同時，中國的科學家們也沒有停下腳步，由中科院院士王希季牽頭、多名中科院和工程院院士參加完成的咨詢評議報告--《空間太陽能電站技術發展預測和對策研究》已于日前正式上報國家發改委，建議我國盡快開展太空電站的論證和設計，爭取在2030年進行并完成整個空間站的研制，最后在2040年實現太陽能空間電站的商業化。

    中國科學院院士，空間技術專家王希季曾表示，大規模開發利用空間太陽能，將極大地提高經濟發展的速度和質量，引起經濟基礎的飛躍，而導致新的技術革命，甚至產業革命。據了解，目前航天技術已經被列入到國家新興戰略產業領域。

    粗放型發展，謹防“雪崩效應”

    1978年，NASA的天文學家唐納德·凱斯勒提出了“雪崩效應”概念，即當在近地軌道運轉的物體密度達到一定程度時，每一次碎片間的撞擊都會產生更多碎片，新的碎片又成為新的碰撞危險源，無止境的惡性循環下去，成為“雪崩效應”。目前繞著地球跑的太空垃圾已經堆積到了“臨界點”，高速運轉的太空垃圾有16000多塊，重達6000噸，形成了一個太空“垃圾帶”.如果不幸落在人口密度較高的地區，后果不堪設想。

    想象一下，如果一個面積達幾平方公里大的太陽能空間電站應該需要多少零部件？這些零部件如果有一天失去了控制，將會形成多少太空垃圾？其中的任何一個都有可能對處于軌道上的航天器和地球上的人類構成巨大威脅，這無異于是太空探索的噩夢。

    2001年，俄羅斯的和平號空間站在人為控制下墜入大海，但更多的太空垃圾卻在非控制狀態下墜落了地球；2010年9月份，中國的鑫諾六號火箭殘骸墜落貴州村舍內，導致直徑60米內的草木完全枯萎，險些傷及村民；9月23日，美國一顆與大巴車大小相似的失控衛星，回歸地球，引起全球恐慌，還有美國“哥倫比亞”號航天飛機、“飛馬座2”號衛星、前蘇聯“禮炮-7”號空間都先后墜落了地球，并造成“肇事”。

    英國南安普頓大學空間碎片專家休·劉易斯曾說過，近兩年中可能出現報廢衛星“扎堆回家”的高潮。這些重返地球懷抱的“孩子們”，讓地球人很是頭疼。所以，建造空間太陽能電站，還是要慎行。<