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“长征9号”是中国目前正在开发的，重量约878吨，全长约57米的超重型火箭。该火箭的载重量在高度约2,000公里的地球低轨道(LEO）可载重140 ~ 150吨，投入月球转移轨道（TLI)时可载重50 ~ 53吨。

长征9号将用于“太空太阳能发电系统”的建设。这个发电系统简而言之，就是在太空轨道上布置巨大的太阳能电池阵列，把太阳光转换为电能，再通过微波或者激光的形式，把电能传输回地球，通过地表的天线接收、整流，最后输送到电网中。

毫无疑问，这是一项十分前沿的能源技术，一旦实现将改写现有的能源格局。

人类的持续发展需要清洁电力，现在使用的煤炭、石油是不可持续的，而且污染比较大，而目前主要新能源例如风能和地面太阳能等不能同时保证质和量这两点要求。地面太阳能发电受昼夜、天气等影响较大，而在地球轨道可以实现 24 小时太阳能发电，不过在轨道上产生的电力只能通过无线传输方式传回地球。可以说，无线输电技术决定了未来应用空间太阳能清洁电力的发展。” 在接受 DeepTech 采访时，中国空间技术研究院太阳能空间电站项目负责人之一王立研究员如此介绍。

与地面上的常规太阳能电站相比，空间太阳能电站有以下几个理论上的优势，甚至可以实现一些我们一直以来梦寐以求的愿望：

一、理论效率高。

在地表利用太阳能发电，很大一部分的太阳能都消耗在了太阳光到达地球表面的路上。据估算，地球大气可以反射或者吸收 55-60% 的太阳光。而如果把太阳能电池放到太空中，太阳光穿越宇宙空间直达空间太阳能电站，是没有这个损耗的。不过，空间太阳能发电也有自己的功率损失，例如在地表的接收端，把微波或者激光转化为电能的效率，还远不到 100%。

图 | 空间太阳能发电可以避免太阳光在大气中的损耗。（来源：Wikipedia）

二、可在夜间发电。

常规的太阳能电站，中午阳光直射时发电量最高，晨昏时发电量最低，夜晚就为零了。但太空中就不一样了。运行在轨道上的空间太阳能电站，99% 的时间里都不会被地球的影子挡住太阳光，可以一天 24 小时持续发电。而且，通过调整电池板的姿态，将其永远维持在正对着太阳的角度，可以让空间太阳能电站持续保持最高发电输出。

三、规模大，甚至可以作为地球的“遮阳伞”

地球上的太阳能电站往往要受制于地形条件的限制，不可能无限制地大下去。但太空中则没有这样的限制，空间太阳能电站的总面积可以非常巨大。这样一来，甚至可以替地表挡住一部分太阳光，减少来自太阳的能量输入，进而降低地球表面的温度。相当于用一把巨大的 “遮阳伞” 来缓解全球气候变暖，帮助解决这个 21 世纪人类面临的最棘手的问题。

四、超远距离电力调度

把电力从 “富裕” 的地区调度到 “短缺” 的地区，一直是电网的重要工作。这方面最典型的代表，就是动辄跨越神州大地的特高压超远距离输电线路，把西部的能源输送到需要用电的东部。但空间太阳能电站，可以直接在太空中把微波或激光反射到最需要电力的地区，而无需通过电网跨省、甚至跨国、跨洲调度，不用再受到电网传输能力的限制，甚至，可以把电力输送到电网很难覆盖到的地区。

五、干预台风走向

对，你没有听错，就是那个人人闻之变色的台风。人类已经可以干预降雨了，但对台风还是束手无策。空间太阳能电站却有可能带给人类这一超凡的能力。从太空中来这么一大股能量，是可以对地球大气产生影响的。理论上，通过调节微波的频率，空间太阳能电站可以对热带气旋的走向和强度进行干预和调节。一旦实现，中国东南沿海的台风、美国西海岸的飓风，都将无法上岸肆虐。

图 | 空间太阳能发电甚至可以干预台风的走向。（来源：NASA/NOAA GOES PROJECT，MIT TECHNOLOGY REVIEW)

不过，凡事有利就有弊。空间太阳能电站提出不是一年两年了，一直实现不了还是有原因的。

首先，成本高昂。对于现有的技术水平而言，建设一个空间太阳能电站所需的成本是百亿、千亿级别的。不论是直接发射一个电站上去，还是发射一个“太空工厂“，利用 3D 打印等技术自行在太空中组装出一个电站来，发射成本都太高了；而地面接收电能的装置也十分巨大、复杂，成本同样不容小觑。

其次，技术挑战艰巨。空间太阳能电站的每一个环节，从电站的发射、控制、维护，到电能的转换、传输、接收，无不充满技术挑战。不过，各项相关技术目前都在取得积极进展。X-37B 的这次实验也是推进相关技术进步的一个关键项目。

第三，安全问题。太空中满是陨石、太空垃圾等不受控的飞行物，如果撞到电站，轻则降低发电量，重则直接报废。发生碰撞也好，电站自己出现故障也罢，所可能产生的碎片都会变成新的太空垃圾，威胁其它在轨飞行器，比如卫星、空间站的安全。而来自地球表面的威胁则更加恐怖。只有少数国家才拥有的反卫星武器先不提，无处不在的网络攻击随时有可能黑了这么个重要的能源设施，把它变成一个太空武器。空间太阳能电站是可以干预台风走向的，万一把传输方向从接收站改到敌国的城市，后果不堪设想。就算正常运行，其对于生态环境的影响也需要评估。根据设计建议，空间太阳能电站的微波辐射能量将仅为太阳辐射的 1/4（也就是说，如果人类和其它动植物暴露在阳光下是安全的，那么这个空间太阳能发电站的微波也就是安全的），但毕竟总能量巨大，对于生态环境会不会造成严重的影响尚未可知。因此，如何保证空间太阳能电站自身的安全，以及其所能影响到的环境的安全，都是巨大的挑战。

尽管如此，世界各国还是对开发空间太阳能发电站充满了兴趣。美国早在 1974 年就展开了相关研究，之后的八十年代和最近的十年，以美国军方和航天局为代表的许多项目相继展开。

当地时间 2021年5月17 日上午 9 时 14 分，美军可重复使用轨道试验飞行器 X-37B 在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空。该项目由波音公司为美国空军打造，并为后者所有。这次 X-37B 的发射，将是这类实验首次在太空中进行。该实验名为“光伏射频天线模块飞行实验（Photovoltaic Radiofrequency Antenna Module Flight Experiment，PRAM-FX）”，计划将光伏阵列产生的直流电转化为频率是 2.45GHz 的微波，记录相关的数据，并对设备效率进行研究。

图丨 X-37B 照片。现在，它正在我们头顶之上执行着其第六次任务（来源：U.S. AIR FORCE）

日本的三菱重工在 2015 年开展实验，将 10 千瓦的太阳能通过微波传送到了 500 米以外的地方，证明了技术的可行性。俄罗斯和欧洲也有类似的计划。

中国计划在 2030 年建设太阳能空间发电站

在这个领域，中国亦有着远大的目标：2008 年，中国将空间太阳能电站研发工作纳入国家先期研究规划，力争在2030年开始建设兆瓦级空间太阳能试验电站，2050 年前具备建设吉瓦级商业空间太阳能电站的能力。

具体实施上，中国2008年发布了宇宙太阳能发电系统的建设计划，我国首个空间太阳能电站实验基地已经在 2018年12月宣布于重庆启动建设，中国空间技术研究院（CAST）于2019年开始了试验。据说2022年将实施小型发电测试，2030年左右将发电量提高到兆瓦规模，在2050年之前可以实现吉兆瓦规模的商业太阳光发电系统。

专家已经提出了预算，传输 MW 级电量的实验电站重量估算为200吨左右，这个规模可能比现在国际空间站都大。按现在的发射成本算的话，它的造价会比较大，应该是千亿数量级人民币。

要实现这一设想，还必须要解决许多技术方面的难题，这些难题包括：

①火箭的运载能力，目前的我国的火箭运载能力就像前面所说的长征9号运载能力140吨-150吨左右，而太阳能发电站的重量将达到10000吨左右，因此大约需要100架左右的长征9号机运载火箭；

②是如何利用微波传送能源，虽然空间太阳能电站功率很大，但由于微波能量传输距离远（36000公里），根据微波能量传输特性，实际接收天线的能量密度比较低。

还有就是新材料运用，新型运载技术的发明，特殊的结构、空间组装和姿态控制技术的突破，电源管理和热控技术的发展等等。

中国太空光伏电站将以四步走的设想向前推进发展：

第一步是2011年到2020年，这一阶段是进行太空电站的验证与设计，

第二步是2021年到2025年，这一阶段将建成第一个低轨道空间电站系统，

第三步是2026年到2040年，这一阶段将发射太空电站系统并完成组装，

第四步是2036年到2050年，这是正式实现电站商业运营的阶段，中国太空光伏电站设计使用寿命是30年。

虽然面临重重阻碍，但我国已经意识到，空间太阳能光伏发电站的建设对于未来的居民拥有长期稳定的能源供给来说意义非常重大。