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空间发电站

时间:2019-08-26    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

空间发电站

 

太阳上的核聚变反应,把巨大的能量投射到茫茫的宇宙空间,也投射到

地球上。每一秒钟就等于把 550 万吨原煤运送给地球,然而这只占太阳辐射

能的二十亿分之一。

在宇宙空间建立发电站——大型卫星太阳能电站的设想,经过多年酝

酿,已逐渐成熟。在地面和轨道上进行的实验研究提供了可靠的设计资料。

因此,现在积极进行的卫星电站计划,无论在规模和建造途径上,都和早期

提出的方案有所不同。

1968 年,美国工程师彼得・格拉塞尔提出了在空间建立卫星太阳能电站

的大胆设想,一时舆论为之哗然。有人讥笑说,这不过是一个空间乌托邦的

幻想。事隔不久,波音公司公布了卫星太阳能电站的第一个设计。由于空间

技术和电能转换材料的进步,人们开始看到这个计划的现实性和它对地球能

源革命可能带来的深远意义。

卫星太阳能电站是在距地球约 3.6 万公里高空绕地球转动的一颗人造卫

星,绕地球一圈的时间,与地球自转周期相同,正好是 23 小时 56 分 4 秒。

因此从地球上看,它仿佛总是停留在固定的位置上,所以叫做地球同步卫星。

生活在地面上的人们,很难看到真正的阳光充沛的场面,因为只有 64%

的阳光照射到地面上,其余全部被大气层吞掉了,何况还会经常遇到云遮雾

障的情况,接收到的太阳光更少。而在宇宙空间,无云雾干扰,无昼夜之分,

可以无休止地接受灼热阳光的强烈照射。与建造在地球上的太阳能电站比

较,卫星太阳能电站还有下列优点:

1.地球上接爱的太阳能受地理纬度的影响很大,赤道是地球上日照最充

沛的地方,接收到的太阳能也只及宇宙空间得到的太阳能的六分之一。

2.地球上日照时间只占全天 24 小时的一小部分,而同步轨道卫星一年之

中有 275 天全天 24 小时日照不断。只有 90 天出现被地球挡住阳光的机会,

何况一天之内最多超过 72 分钟,可见卫星太阳能电站效率比地面电站高得

多。

设计中的卫星太阳能电站像一座在宇宙空间浮动的岛屿,在耀眼的阳光

下不分昼夜地连续工作,为地球居民提供巨大的能源,而对地没有任何损害

和污染,这种电站是何等理想啊!

卫星电站的原理是利用大面积太阳电池板将太阳能转换为电能。一个卫

星电站所用太阳电池板的面积达 100 平方公里以上,所以产生的电能也是相

当惊人的——200 万至 2000 万千瓦,地球上最大的水力发电站也无法和它比

拟。

要把这样多的电能从几万公里的高空传输到地面,采用电缆是无论如何

也行不通过的,唯一的办法是使用微波传输。微波传输系统由四个基本部分

组成,即:直流—微波转换系统、发射天线、地面接收天线、微波—直流转

换系统。整个系统的效率为 55%到 65%。微波传输系统的核心是几十万个特

高频功率管组成的发射天线,它可以把高压直流电转换成微波能,对准地面

接收天线发射,像雷达天线发射电波一样。发射微波的最佳频率为 2~4 千兆

赫,相当于波长 7.5~15 厘米。

这样,在宇宙空间和地面之间建立起一条看不见的巨型电缆。在地球一

端,地面接收天线阵是一群蜂窝式排列的建筑物,由背村金属网的半波偶极


子组成,能捕获微波能量,经固体二极管整流,接入高压直流电网,供给用

户。地面接收天线阵分布在直径 13 公里乘 9.5 公里的椭圆区内,面积也为

100 平方公里,蔚为壮观。椭圆中心的微波能为 23 毫瓦/平方厘米,边缘为 1

毫瓦/平方厘米。

卫星太阳能电站是一个庞然大物,总重在 10 万吨以上。如何将这样大的

结构运送到轨道上进行安装和运行,的确是一个难题。现有的计划都是先将

材料和人员送到距地面数百公里的低轨道上,然后再转运到高空的地球同步

轨道上去。由于设计、材料和工作重点的不同,现在,提出了低轨安装和高

轨安装两种方案。

低轨安装方案。这项方案的设计者是美国约翰逊空间中心和波音公司,

计划建造一座输出功率为 1000 万千瓦的装置,太阳电池板面积 21×5 公里,

两端各有一个外伸的发射天线,直径约 1 公里,全部重量 10 万吨。也呵以建

造 500 万千瓦级卫星电站,面积相应减少一半。主要结构用复合材料制造。

太阳能电池板为硅和镓,整个结构分为 8 块,在距地球几百公里的低轨道上

安装,然后分别转移到同步轨道去完成全部安装工作。

估计一座发电量 1000 万千瓦的卫星电站的建造期为年,在此期间每天发

射一次运载材料的轨道飞行器(航天飞机或运载火箭)。

高轨安装方案杷歇尔空间飞行中心与洛克维尔国际公司制订了另一项计

划。它们计划在地球同步轨道上进行全部安装工作。卫星电站的面积为 21.3

×3.8 公里,呈盒形。全部结构由铝合金组成,重量为 3.7 万吨。镓太阳电

池位于带反射面的凹槽中,反射面使太阳电池接受的太阳能增加一倍。它的

发电量为 500 万千瓦,通过位于结构中部的直径 1 公里发射天线向地面

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