太空取之不盡的太陽能一直是科學(xué)家的一個(gè)巨大的誘惑。如今，一種沿軌道動(dòng)行，在“星際間”直接生產(chǎn)電流并向地球輸送能量的發(fā)電站即將問世。它為整個(gè)地球更充分地享受太陽能資源提供了新途徑。
多少年來，科學(xué)家們執(zhí)著地幻想既清潔又取之不盡的能源。他們認(rèn)為最有可能的是建立一個(gè)沿地球軌道運(yùn)行的電站，通過光電板，也就是太陽能板吸取太陽輻射，然后以微波形式把這些吸收的能量發(fā)往地球。如今，一個(gè)命名為SPS2000（Solar Power Satellite）的太陽能衛(wèi)星計(jì)劃的實(shí)施，將使科學(xué)家的這種幻想變成現(xiàn)實(shí)。
日本東京大學(xué)能量工程系是此項(xiàng)計(jì)劃的誕生地，那里的研究人員解釋說：實(shí)際上，這是一個(gè)能夠產(chǎn)生1萬千瓦電能的巨型衛(wèi)星。衛(wèi)星的形狀呈現(xiàn)等邊三棱柱狀，邊長(zhǎng)336米，高303米，重240噸。三棱柱的兩面覆蓋著由硅構(gòu)成的太陽能板，另一面安裝著向地球輸送微波的天線。所有結(jié)構(gòu)通過鋁管連為一體，由機(jī)器人在軌道上直接安裝，并由機(jī)器人負(fù)責(zé)設(shè)備維護(hù)。
這個(gè)系統(tǒng)具有很大的優(yōu)勢(shì)。事實(shí)上，僅僅一天到達(dá)地球的太陽能，如果能被最大限度地加以利用的話，就足以滿足全世界一整年的能量需求。但是，如何更好地利用呢？
憑原有的技術(shù)，在地球表面可直接利用的太陽能只不過是九牛一毛，也就是說每平方米約1千瓦，此外，還要受到季節(jié)、惡劣天氣和晝夜轉(zhuǎn)換以及收集、存儲(chǔ)費(fèi)用高等條件的限制。
大規(guī)模利用太陽能計(jì)劃的最初思路是，在地球上陽光充足的沙漠地帶建造大型太陽能發(fā)電機(jī)。然而，大量采用這種系統(tǒng)勢(shì)必導(dǎo)致地球表面會(huì)被一望無際的黑色太陽能板所覆蓋，況且由于夜間無法產(chǎn)生能量，實(shí)際利用率會(huì)較低。
經(jīng)過多年苦心孤詣的研究，全世界眾多的科研小組包括美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）在內(nèi)，最終殊途同歸，認(rèn)定了唯一的一條解決之路：向太空要電能，那里太陽能的流動(dòng)永無休止。
早在1968年，美國(guó)人彼得?格拉澤就提出了建立衛(wèi)星式太陽能發(fā)電機(jī)的構(gòu)想。
這位科學(xué)家認(rèn)為，通過發(fā)射軌道衛(wèi)星，把從其太陽能板上獲得的電能以微波形式向地球傳送，這樣就可以獲得清潔和源源不斷的能量。
事實(shí)上，在衛(wèi)星所處的高度，因?yàn)椴淮嬖谟纱髿鈱訕?gòu)成的屏蔽，太陽輻射的能量密度約相當(dāng)于地球表面能量密度的1.5倍。
如果排除由于地球陰影不能生產(chǎn)能量的時(shí)間（根據(jù)衛(wèi)星軌道變化，持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)為每天72分鐘，并僅處在跨春分、秋分的45天內(nèi)，總時(shí)間不足全年時(shí)間的1％），軌道發(fā)電既不受晝夜交替的影響，也不受天氣條件或者季節(jié)變化的限制。因此，在太空可以得到的太陽能約是地球上可利用太陽能的10倍。
格拉澤設(shè)想的衛(wèi)星可謂是龐然大物：每顆重約5萬噸，發(fā)電能力為500萬千瓦（相當(dāng)于5座中型核電站）。預(yù)定每年發(fā)射兩顆衛(wèi)星，30年時(shí)間內(nèi)總共發(fā)射60顆衛(wèi)星。1980年，這項(xiàng)耗資不菲的計(jì)劃終因不夠經(jīng)濟(jì)而胎死腹中。
為了減輕在地球上過度開發(fā)能源帶來的環(huán)境壓力，使地球的環(huán)境得以喘息和改善，近年來對(duì)這一系統(tǒng)的研究又日漸興盛，尤其是能源匱乏的日本在這方面更是領(lǐng)先一步。三棱柱狀的巨型衛(wèi)星計(jì)劃就是在這種背景下出臺(tái)的。為挑選優(yōu)質(zhì)的太陽能板，科學(xué)家對(duì)由非晶硅薄膜組成的太陽能接收板進(jìn)行了多次試驗(yàn)。硅薄膜輕且富有彈性，易于低成本制造，具有很強(qiáng)的抗宇宙輻射能力。由太陽能板產(chǎn)生的直流電首先轉(zhuǎn)換成微波，然后由一個(gè)安裝在衛(wèi)星上的發(fā)射無線向地球傳送。在地球基地，通過接收天線接收微波，然后把微波再轉(zhuǎn)換成直流電，最后變?yōu)榻涣麟�，接入電網(wǎng)。
為使從衛(wèi)星發(fā)射的微波僅傳向接收設(shè)備，通過架設(shè)在地球基地中心的一個(gè)小型拋物面天線向衛(wèi)星發(fā)送波導(dǎo)信號(hào)。以目前的技術(shù)水平，把直流電轉(zhuǎn)換為微波（此項(xiàng)操作直接在衛(wèi)星上進(jìn)行）約損失30％的能量，安裝在SPS2000地球基地中心的接收天線把衛(wèi)星發(fā)送來的微波能量的70％轉(zhuǎn)化為電能。這樣太陽能板所產(chǎn)生的能量約有50％可被地球利用。
根據(jù)軌道高度，SPS2000衛(wèi)星每天可數(shù)次經(jīng)過地球同一點(diǎn)，因此它可以同多個(gè)地球基地進(jìn)行接觸，向每個(gè)基地傳送能量。平均而言，每個(gè)基地每隔2小時(shí)可接受1次時(shí)間約230秒的微波。為了吸收所有微波，還必須架設(shè)一部直徑為2公里的天線。
把所獲得的電能在電池中蓄積，每小時(shí)就可連續(xù)取得250千瓦的電能，相當(dāng)于一個(gè)家庭15天的消費(fèi)。因此，一天的蓄積就可滿足一個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家大約200個(gè)家庭的能量需求；如果把這些基地建在一些發(fā)展中國(guó)家，則能夠保證這些能量供應(yīng)的家庭數(shù)目是前者的10倍。
此外，利用衛(wèi)星發(fā)射微波，人們不必?fù)?dān)心電磁污染的危險(xiǎn)。
傳送能量所采用的微波頻率為2.45吉赫，或者處于衛(wèi)星傳送頻率（約為12吉赫）和地表電視傳送頻率（約為0.77吉赫）之間。地球表面?zhèn)魉偷哪芰棵芏龋词乖谧顬槊芗牡貐^(qū)，也只有每平方厘米0.001瓦，完全符合國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)。
本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaozhong/1007751.html
相關(guān)閱讀：高三物理必修一匯總