天基太阳能，而非可控核聚变，将彻底解决人类能源问题？
时间：2022-11-06 09:10:08 | 浏览：716
太阳能电池板。 （新华社记者 谢晗/图）
2022年4月7日，Elon Musk在社交媒体说：相比从太阳到达地球的巨大能量，人类所利用的太阳能微乎其微！每平方公里太阳能功率约为1GW。以目前的太阳能发电装置能效比来看，每平方公里可产出约为200MW的发电功率。换句话说，得州一个小角落（铺满太阳能板）就能满足整个美国的用电需求。
Musk这段话是在推广其Solar City（太阳城）公司，并未明确说要上马“天基太阳能”项目。但结合其近期一些零散言论，以及近些年的产业布局，他很可能会涉猎这片新奇的区域。
2021年，Musk曾说；他并不认为“可控核聚变”有那么重要，因为太阳就是最大最完美的核聚变反应堆，为何不充分利用其能量，而要另起炉灶？
当年底，在参加国际宇航大会时，有“环保主义者”质问：你每年发射那么多火箭、排放那么多温室气体，究竟为什么？就因你个人想去火星么？Musk回复：太阳能才是清洁能源，而天基太阳能的能量密度更大，目前的发展过程将有利于未来长久环保……一席话戳中“环保主义者”的心。
地球能源均来自太空，其中主要源自太阳：地球接受的太阳能量总功率约为1.7×10＾14KW，其中47%穿过大气层到达地表，其余被大气层反射、散射所衰减，而这些能量只占太阳总辐射能量20亿分之一，真可谓沧海一粟。但利用率极低的另一面，就是潜力巨大。
但现有的太阳能地面发电站并不理想，首先，其占地面积太大，人类还需要土地进行耕种、生活。而且在地球上，每天半数时间是黑夜，工作时只有一半。
云层和空气污染，对阳光的遮挡、衰减，是影响太阳能发电效率的主要因素：底层大气中的颗粒污染物形成气溶胶，会阻挡阳光透射，并沉积在太阳能面板上，在污染较严重地区，甚至会导致太阳能发电效率下降 50%以上。
天基太阳能，不占用地面，节省了珍稀的地球资源；没有大气反射、散射效应，太阳辐射接受率达100%；在太阳同步轨道上无昼夜交替，每天24小时持续工作；没有阴晴冬夏变化，每年365天工况恒定；也没有因沙尘积累、材料氧化等而导致发电效率逐渐降低问题。以目前科技水准，单位面积太阳能板的发电效能比地面站提升5倍。
考虑到未来几十年科技进步：基于石墨烯、纳米材料等发展的“太阳能膜”的质量将减轻到目前“太阳能板”的零头；太阳能发电介质的能效提高20%-30%；如果向金星轨道方向推进天基太阳能基站，使其更靠近恒星，所获得的“太阳常数”将更高，其单位面积发电效能提升10倍，是远景，不是梦。
或许，“天基太阳能”是取代目前地球上大多数化石能源消耗、较少污染和温室气体排放、大幅度满足环境诉求的手段。
能源匮乏的日本，很关注“天基太阳能”。2009年9月，三菱电气和IHI合作开始了价值2万亿日元（210亿美元）的项目，计划在30年内在太空建造大型太阳能发电场，并将能量传回地球。
2014年，日本“清水建设”公布了“月环”计划：环绕月球赤道的太阳能板，长度近1.1万公里，产生约1.3万TW（太瓦，10＾12W）能量，而目前全球每年耗电量约为15TW，不得不说：日人的野望够猛。
2015年3月，日本三菱公司在能量无线传输方面取得突破：科学家成功利用微波将1.8kw电能，隔空传输到约55米距离。虽然距实用还非常遥远，但终于迈出了第一步，奠定了从太空将能量传输到地球的科技基础。
但日本的“天基太阳能”研发进展，不会太顺利。因为太空发射成本非常昂贵，如果没有低成本发射科技，一切太空开发，都只能停留在科幻层面。日本贸易部和日本宇航探索局承认：“天基太阳能”费用异常昂贵，火箭单次发射费用就达1.05亿美元左右。而目前日本航天的短板在于：尚未掌握可复用火箭科技。
美国NASA和能源部门，在过去30年间，花费了8000多万美元，间断性研究了“天基太阳能”，但实际进展不大。原因在于：一来NASA自己也未掌握低成本发射科技，二来美国是能源输出国，对“天基太阳能”需求并不紧迫、强烈。
而中国是人口多、能源少的大国，对太阳能当然更感兴趣。2016年，我国已开始进行“天基太阳能”研究，并制定了“四步走”战略，设想在2036-2050年间，建造自己的实验性天基太阳能发电站，运行寿命约30年。
Musk拥有极大优势：他拥有航天企业、太阳能企业，拥有统一决策与管理，在自己系统内资源整合的优势。而竞争方则需跨产业、跨部门、行政性协调。因此，Musk的企业总能以更快速度、更低成本，进行市场响应。
其竞争方都尚未掌握可复用火箭科技，SpaceX在这块市场已“吃独食”近6年。根据其竞争方的研发进度，这种“吃独食”状态还要再持续3-4年。即便几年后竞争产品出现，SpaceX的第二代新型可复用火箭，亦将拥有领先一代的科技与成本优势。
Musk拥有所需优势，距“天基太阳能”最近，他会放弃这个还没有实际竞争对手的未来领域么？放弃再次领先“吃独食”的机会么？或许，他只是在这一领域保持低调、没有正式并开自己的计划罢了，而在媒体和自媒体上的只言片语显示出，其在“天基太阳能”方面并非完全没有想法。
对于整个人类而言，站在“星际时代”门槛上，星际远航、暗物质暗能量、时空翘曲等等，都太过于科幻、过于遥远，“天基太阳能”才是最现实的近未来太空开发项目之一。
能源是最现实的财富追求。如果，在未来几十年，这项浩大工程将开始动工，并延续数百年，将成为人类未来最伟大的工程之一，同时也能为航天、太阳能、AI、电力、制造业、基础建设等相关产业，提供数以千万计的新就业机会，这些新兴就业岗位将传承几代人，甚至更长远。
美逸君
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