雖然太陽(yáng)能是最豐富的能源之一，但它在地球表面是間歇性的，很大程度上取決于天氣。相比于地球表面，在太空中可以持續(xù)獲取陽(yáng)光，太空中收集的太陽(yáng)能能量大約是地球上太陽(yáng)能電池板的5倍。美國(guó)國(guó)家空間學(xué)會(huì)2007年的一項(xiàng)研究估計(jì)，地球同步軌道上半英里長(zhǎng)的光電帶一年產(chǎn)生的能量相當(dāng)于地球上剩余的所有石油能量總和。

目前，研究人員不僅在研究如何從太空中捕獲太陽(yáng)能，還在研究如何通過(guò)微波或紅外激光束將能量傳輸?shù)降厍颉＜又堇砉W(xué)院(Caltech)最近宣布，其名為“空間太陽(yáng)能演示器”(Space Solar Power Demonstrator，簡(jiǎn)稱SSPD)的原型機(jī)已于1月3日發(fā)射進(jìn)入軌道。該樣機(jī)將測(cè)試用于在太空中收集太陽(yáng)能的關(guān)鍵組件。

加州理工學(xué)院太空太陽(yáng)能項(xiàng)目(Space Solar Power Project，簡(jiǎn)稱SSPP)吸引了Irvine公司董事長(zhǎng)、加州理工學(xué)院董事會(huì)終身成員Donald Brenn超過(guò)1億美元的投資。多功能演示器收集陽(yáng)光，將其轉(zhuǎn)換為電能，并通過(guò)使用超輕結(jié)構(gòu)集成的無(wú)線射頻來(lái)傳輸能量。它是Momentus Vigoride宇宙飛船的一部分，由SpaceX的一枚火箭在運(yùn)輸6號(hào)任務(wù)中帶入太空。

SSPD部署技術(shù)

研究SSPD的工程師們探索了新的技術(shù)、體系結(jié)構(gòu)以及復(fù)合材料，以克服重型太陽(yáng)能電池和電力傳輸?shù)奶魬?zhàn)。他們制造的部件和太陽(yáng)能電池重量輕、足夠耐用，可以部署在不可預(yù)測(cè)的太空條件下。

50公斤的SSPD將測(cè)試該項(xiàng)目的三個(gè)關(guān)鍵組件:

DOLCE(Deployable on-Orbit ultraLightComposite Experiment，可部署在軌超輕復(fù)合材料實(shí)驗(yàn))：一個(gè)6英尺乘6英尺的結(jié)構(gòu)，用于測(cè)試太陽(yáng)能汽車和相控陣天線的新架構(gòu)。它采用超薄復(fù)合材料，具有卓越的效率和靈活性。其模塊化和部署機(jī)制將構(gòu)成一個(gè)千米規(guī)模的發(fā)電站；

ALBA(意大利語(yǔ)，意為“黎明”)：一組32種不同類型的光伏電池，用于評(píng)估惡劣空間條件下的電池類型。一次成功的測(cè)試將提供哪些太陽(yáng)能電池可以在這些惡劣環(huán)境中有效可靠運(yùn)行的數(shù)據(jù)；

MAPLE(Microwave Array for Power-transferLow-orbit Experiment，低軌道能量傳輸實(shí)驗(yàn)微波陣列)：一種輕量級(jí)微波功率天線陣列，它具有精確的定時(shí)控制，聚焦于地球上的兩個(gè)不同接收器，可根據(jù)需要向多個(gè)特定目標(biāo)進(jìn)行選擇性遠(yuǎn)程能量傳輸。它可以在不同空間條件下進(jìn)行功能驗(yàn)證和系統(tǒng)性能評(píng)估。

其他組件還有一個(gè)包含控制這些實(shí)驗(yàn)的Vigoride計(jì)算機(jī)接口的電子設(shè)備盒。這個(gè)盒子里裝有監(jiān)控實(shí)驗(yàn)進(jìn)展的攝像機(jī)。

定向無(wú)線傳輸是如何工作的?

電力發(fā)射陣列的概念是基于干擾的。如果一個(gè)源在空間中傳輸能量，那將是全方位的。但當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)源發(fā)射時(shí)，將會(huì)有一個(gè)區(qū)域存在“建設(shè)性”干擾，即來(lái)自所有源的能量相加；同樣也有能量波相互抵消的區(qū)域，即“破壞性”干擾。

如果天線陣列中的所有發(fā)射機(jī)都是同相的(同時(shí)發(fā)射)，將形成高方向性的高功率波束。加州理工學(xué)院的研究人員精確地控制陣列中每個(gè)天線的時(shí)間，改變其方向，將能量同時(shí)傳輸?shù)蕉鄠€(gè)接收器。天線分離及其相位在波束形成中起著重要作用。

發(fā)射驗(yàn)證器進(jìn)入軌道

作為T(mén)ransporter-6任務(wù)的一部分，SSPD由SpaceX火箭運(yùn)載的MomentusVigoride飛船所攜帶?；鸺舜蠹s10分鐘到達(dá)所需的高度，之后Momentus飛船被部署到特定軌道上。

加州理工學(xué)院的研究小組計(jì)劃在幾周內(nèi)開(kāi)始他們的實(shí)驗(yàn)。其中一些測(cè)試(如DOLCE)將快速執(zhí)行，而其他測(cè)試則需要更多時(shí)間。太陽(yáng)能電池?cái)?shù)據(jù)的評(píng)估和收集將需要長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月的時(shí)間，以了解哪些技術(shù)是有效的。

審核編輯 ：李倩