手机版 | 登陆 | 注册 | 留言 | 设首页 | 加收藏
当前位置: 网站首页 > 世界科技百科 > 航天航空工程 > 文章 当前位置: 航天航空工程 > 文章

建立空间太阳能电站的前景

时间:2019-06-20    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

建立空间太阳能电站的前景

 

煤作为主要能源曾在工业革命中起过主要作用;而作为能源的石油是和

本世纪的种种产业成就联系在一起的。可是,随着世界经济的发展,电力消

耗日益增快,能源不足的矛盾相当突出。另一方面,更进一步和过分使用煤

和石油还可能导致地球自然环境的破环;更大规模发展核电站又担心会构成

对人类生命安全的威胁。于是很多科学家不约而同地想到了用太阳能。

确实,如能利用太阳能作能源,可以避免上述种种矛盾和担心。太阳能

真是取之不尽,用之不竭,亿万年来无私地奉献给了宇宙,也为人类送来了

光明和温暖。太阳把辐射到宇宙空间能量的大约二十亿分之一穿过 15000 万

公里的路程投射到地球上。这能量相当于 173 万亿千瓦的功率,或者说约等

于每秒钟把 550 吨原煤的能量输送给地球。但是,太阳能的散射面很宽,特

别是经过地球大气层时,大部分能量被大气层反射、散射或吸收掉了。在宇

宙空间,由于太阳光线不会被大气减弱,也不会被大气阻拦,可以直接受到

太阳光的照射,因此在那里建造一个太阳能电站,应该是个好主意,好想法。

空间太阳能电站,作为人造天体,在绕地球运行过程中,总有一部分时

间被地球挡住阳光,也就是说要进入地球的阴影部份。不过,这时间并不长。

如果太阳能电站的轨道选择得好,可以使时间变得很短。例如,太阳能电站

若处在赤道上空 35860 公里的同步轨道上,它绕地球一周的时间为 23 小时

56 分 4 秒,与地球自转周期相同,则太阳能电站对地来说是静止的,一年中

仅在春分和秋分前后 45 天,而且每天至多只有 72 分钟有被地球挡住的时候,

在其余时间内,电站的大面积电池帆板可以受到太阳光的连续照射而把光转

变为电。和地面相比,用同样面积的太阳能电池帆板,在同步轨道可多获 6

到 11 倍的太阳能。如果把空间太阳能电站建设在圆形日心轨道上,那就不再

怕地球挡住阳光,并可获更多的太阳能。

怎样把太阳能电站的电能传送给空间工业用户和地球,是建设空间太阳

能电站的关键问题。早在 1968 年,科学家就设想,在宇宙空间的太阳能电站,

聚集大量阳光,利用光电转换产生直流电,并通过相应的装置将直流电变换

成微波,以微波波束的形式传输到太空用户或者传输到地球上,用户接收站

又将微波能量再转换成相应的电能,联人用户供电网络。由于微波能顺利通

过云雾和烟等,每天向地球输电时间不受任何限制。而在空间没有重力并且

真空,太阳电池帆板可以做得很大,微波器件无需严格密封,而微波电能的

定向发射和接收,对环境危害较小。虽然微波的放射性也是一种污染,但和

煤与石油对大气的污染,以及和核电站可能产生的放射性等类污染相比,几

乎可以说是微不足道的。空间太阳能电站的优势还在于它不必使用煤、石油

等不可更新的自然资源。

1987 年,加拿大科学家在渥太华进行了第一次利用微波作飞行动力的微


波束传送电能试验。他们用碟型天线传输微波波束。在试验中,发现在波束

的聚焦、目标的跟踪方面存在一定的困难。

前不久,日本京都大学的科学家们又进行了类似的试验。不过,他们对

加拿大的微波波束传输技术作了改进,采用相控阵天线技术。利用相控阵天

线传送微波波束,聚焦精确,跟踪目标快速,利于实现计算机控制。

日本人试验的是一种无机载动力源,长度为 1.6 米的模型飞机。飞机上

既无机载汽油,也无电池,而是靠接收地面的微波能量作为动力,收到的微

波能量被转换成电力,驱动飞机螺浆转动,获得飞行动力。这一试验的目的,

不是想研究开发一种不带燃料箱的飞机,而是试验微波传能技术,用于未来

空间太阳能电站的电力传送。如果这种模型飞机传能试验进展顺利,日本的

科学家在 1993 年把试验搬到高度为 220 公里的人造卫星上进行,利用相控阵

天线及发射机给同时发射升空的另一颗人造卫星传送微波能量。

科学家们预测,不要很久,能产生动力的空间太阳能电站作为实用能源

工厂,将为空间工厂提供电力,或者为轨道上的载人飞船和航天站提供能源。

再进一步的发展,将会把电力送往地球。

据科学家分析,空间太阳能电站的最佳容量是 5 到 10 兆瓦,悬挂于地球

赤道上空 36000 公里高度的对地静止电站的质量为 5 万吨至 10 万吨。

最初步的估算表明,空间太阳能电站每产生 1 千瓦电量的造价会比核电

站同样功率的造价高出 50%至 100%。比水电站高出 100%至 150%,比热电

站高 300%至 500%。但是,由于使用甚高频微波辐射传输到地球,微波能量

实际上不会被大气所吸收,地面接收站接收到的微波能量转变为电能供给用

户,其转换效率可高达 90%;更由于空间太阳能电站不消耗地球资源,因此

工作约 5 至 7 年后,其利润将比热电站和核电站高。

建造空间太阳能电站的另一个关键问题是运输。计算表明,在 5 年内回

收这样一个电站的费用,它每千克重量的成本不应超过  150 至  200 美元。

此外,运载火箭应有非常大的推力,一次能将 500 吨的有效载荷送入轨道。

在这样的情况下,总计只需 100 至 200 次的发射就可以了,所有货物在 3 至

5 年内运输到位。

到目前为止,还没有这种大推力运载火箭能一次将 500 吨的有效载荷直

接送入同步轨道。现有最大推力的运载火箭也只能将  100 多吨的有效载荷

送至地球近地空间。因此,要在 3 至 5 年内将空间太阳能电站的建设材料运

送到位,还必须研制这种大推力火箭。

所以,怎样大规模开发与利用空间太阳能,还处在设想阶段,还需要若

干年才能实现。

科学家们相信,现在动手建立一个具有发电容量为 15 万千瓦的空间太阳

能原型电站的计划是可行的。在这之后,就可能建造巨大的电站。随着时间

推移,太空太阳能电站还应能帮助解决行星的电力供应。

上一篇:未来星际旅行所需生命物质的供应

下一篇:建造月球基地 建造月球基地的可能性

推荐阅读
备案ICP编号  |   QQ:81962480  |  地址:上海金海路  |  电话:12345678910  |  
Copyright © 2019 MAPDF Studio 版权所有,授权www.mapdf.net使用 Powered by MAPDF.net