2020年5月,Atlas V火箭將一架機密的航天飛機發射入軌,這架由美國太空軍負責的X37飛行器,在過去10年中 有8年是在太空中度過的,而它現在正要打破之前的記錄,並測試一項新的技術。
這項技術可能對地球上的生活產生巨大影響。
X37會進行將會進行首次太空太陽能發電廠測試,這個設想認為太空中的大型太陽能陣列可以收集大量的能量,並無線傳輸給地球任意一個角落。
這個設想的出現已經有一陣子了,但在以前發射並在太空測試這麼大的物件成本實在太高。
由於獵鷹九號火箭將發射成本極大降低,SpaceX正在開始用他們規模龐大的網際網路衛星星座來徹底改變寬頻行業。
隨著進入太空越來越方便,能源公司也將可以把他們的業務搬到太空。
在晴朗的日子裡,地球上一米見方的面積能接受250W左右的太陽能,即使最高效的太陽能板也只能將其中的20%轉化為電能。
而在太空中的太陽能板則能接收超過兩倍於地面的太陽能功率,因為太空不會受到大氣層的遮擋。
當太陽的能量照射到太陽能板上時 它會被轉化為電能。這些電能可以被轉化為微波訊號 並以無線方式傳送到地球上。
微波訊號可以以特定的頻率進行傳輸,使它們能夠穿過雲層,而且不會對地球上的生命造成傷害。
為了接收這些能量,地面上需要建造一個大型的天線陣列,將接收到的微波轉換成電能。微波傳到地球上後會擴散很遠,所以天線陣列可能要幾公里寬才能利用所有的能量。
但如果不把這些能量傳送到地面,而是傳送給飛機呢?
雖然許多行業已經開始進行推廣新能源,但航空工業仍然面臨著能量密度的巨大挑戰。
飛機儲存能量靠的是燃油,而電動飛機靠的是電池,為了儲存同樣多的能量,電動飛機需要大量的電池,這導致比普通飛機重了40倍。
對於飛機來說,這些額外的重量大大降低了它的航程與運力。
最近,一架塞斯納電動飛機在華盛頓上空進行了首次試飛,這已經是世界上最大的電動載客飛機了,但它只能載9名乘客飛行160公里。
但如果我們能去掉電動飛機上的絕大多數電池,並在飛行中給它持續不斷提供能量呢?
太空中的發電廠可以將能量傳送給地球,理論上也可以將能量傳送給移動中的目標,比如飛機、輪船,甚至其他在軌衛星。
為了最大限度地將電力輸送到飛機上,可以先把能量轉換成鐳射束,而不是微波。
然後直接發射到飛機的太陽能電池陣列上,這就可以用更窄的光束傳輸更多的能量。
飛機飛行高度也在地球最厚的那部分大氣層的上空,雲和霧並不會擋住能量束。
可以讓飛機裝備比地面更小的接收裝置,放置在地球靜止軌道上的太陽能發電站星座。
甚至可以為夜晚飛行的飛機提供持續的電力,雖然到那時電動飛機仍然需要電池進行起飛和降落,但大部分電池可以減掉 換來更多的客艙空間 從而提升運力。
當飛機穿出雲層 太空發電廠就會鎖定飛行中的飛機,並對飛機的太陽能板持續供能。
這聽起來可能是對未來的不靠譜的設想,但其中多數技術已經經過了測試。
早在2003年 NASA工程師就曾用10千瓦的鐳射來為一架模型飛機太陽能板供能。
2008年 工程師們從毛伊島的一座山頂上將20瓦的功率,發射向了150公里外夏威夷島的接收器。
X37上的實驗將是有史以來第一次在太空中進行太陽能發電廠的測試,儘管太空中的太陽能發電廠會帶來極大的好處,但開發這些技術的成本仍然很高。
目前,中國已經開始著手建造太空發電站的方案,雖然起步較晚,但從最新的進展上來看,中國在世界大國中已經走在了前面,計劃在2025年完成完工第一個低空軌道太空電站。
太空太陽能發電廠,離我們並不遙遠。