在距離地球36000公里的太空之上，蘊藏著一種潛力巨大的能源，有望為人類提供源源不斷的清潔能源。
近期，中國工程院院士，長征三甲系列火箭總設(shè)計師龍樂豪院士，為了利用這些太空能源，提出一個宏偉的設(shè)想：“在離地面36000公里同步軌道上，建造一條1公里寬的太陽能電池帶環(huán)繞地球，它產(chǎn)生的能量相當(dāng)于全人類可開采石油總儲量，這相當(dāng)于把三峽工程的發(fā)電能力搬到太空。”
隨著這個設(shè)想被提出后，在科學(xué)界引發(fā)了巨大的熱議，人們認(rèn)為這個設(shè)想太科幻了不太現(xiàn)實，然而，這個有些科幻的設(shè)想，實際上已經(jīng)有中國機構(gòu)在研究，并且已經(jīng)取得了重大的研究成果，那么這個設(shè)想真的可以實現(xiàn)嗎？如果可以實現(xiàn)的話，還要面對哪些問題，大概需要多久才可以實現(xiàn)呢？
被低估的“太空三峽”工程
由于龍樂豪院士把太空能量帶類比三峽工程，因此，在科學(xué)界也有很多人把此稱為“太空三峽”工程。
實際上，在地球同步軌道上蘊藏著巨大的能量，并非這里如同地球地下蘊藏石油。而是這個高度的太空比較特殊，因為這個高度一般被稱為地球同步軌道。
也就是說在這個高度，與地球自轉(zhuǎn)速度幾乎同步，因此，僅消耗極小的能量，就可以維持人造天體的運轉(zhuǎn)。
而龍樂豪院士提出的這種設(shè)想，就是突破人們對地球和太空的認(rèn)知局限。這種設(shè)想說起來也非常簡單，就是在這個高度利用太陽能。
我們都知道在地球表面，太陽能的利用率非常低，這不僅是技術(shù)的限制，也是自然條件的限制，因為在太陽光進(jìn)入大氣層的過程中，大氣層會吸收和反射大約30%的能量。
而在距離地面數(shù)十公里的高空中，由于云層的存在，又會導(dǎo)致30%的太陽光被反射和散射，再次損耗了30%的能量。再加上日夜交替，也存在50%的空閑時間。
拋開上面這些因素，如今即便最先進(jìn)的單晶硅太陽能板，其發(fā)電效率也僅有18-22%左右，綜合下來的話，地表太陽能的利用率理論上還不到5%。
然而，在距離地面36000公里的同步軌道上，情況卻有很大的不同，這里不僅沒有大氣層干擾，也沒有云層，太陽輻射強度可以達(dá)到每平方米1366瓦，是地表日照最強地區(qū)的1.4倍。
更為關(guān)鍵的是，這里沒有日夜之分，只要太空設(shè)備與地球同步旋轉(zhuǎn)，就如同向日葵一樣，始終面向太陽，因此，可以24小時不間斷的發(fā)電，同樣功能和面積的太陽能板，在這里發(fā)電量是地面的8-10倍左右。
如果按照龍院士的方案，1公里寬的環(huán)帶，地球同步軌道周長約26.5萬公里，其總面積將達(dá)到26.5萬平方公里，這個面積相當(dāng)于2.6個韓國。
如果按照目前太空太陽能板的能量轉(zhuǎn)換率來算，其發(fā)電量可以達(dá)到3.8×10^16千瓦時，很多人對這個數(shù)字沒有概念。
如果按照三峽的發(fā)電量來算，這個一年發(fā)電量，是三峽電站發(fā)電量的38萬倍，而如果以目前地球探明的石油儲量換算成能量，那么其發(fā)電量與石油總儲量相當(dāng)。而以目前人類一年的用電需求，可供人類使用200年。
那么如此誘人的“太空三峽”項目，為何遲遲沒有啟動，目前有哪些技術(shù)難點呢？
想要實現(xiàn)太空三峽工程，還有哪些難點？
目前，想要實現(xiàn)“太空三峽”工程，還有三個方面迫切需要解決，這三個方面涉及到太空運輸、材料結(jié)構(gòu)，以及電力傳輸。
實際上，太空電站最早的概念可以追溯到1968年，當(dāng)時由物理學(xué)家彼得·格拉賽首次提出，然而，這一設(shè)想受制于當(dāng)時的技術(shù)以及高昂的成本，只能停留在理論階段。
1968年正處于美蘇太空競賽如火如荼的時期，當(dāng)時阿波羅11號還未登月，兩國雖然有能力把探測器發(fā)射到地球同步軌道上，但是以當(dāng)時的火箭技術(shù)，不僅成功率偏低，而且成本極其高昂，這一設(shè)想也不太現(xiàn)實。
然而，隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，特別是隨著可回收火箭的成功運用，讓以往價格極其高昂的太空運輸，成本大大降低。
01.運輸成本
根據(jù)現(xiàn)有資料顯示，從1970年-2000年里，運送一公斤物體到太空的成本大約是1.85萬美元，而如今，隨著可回收火箭技術(shù)成熟，這個成本被大大降低下來，目前SpaceX公布的資料顯示，發(fā)送1公斤物體到太空的成本僅200美元。
如今，隨著太空運輸成本大大降低，讓太空三峽工程的可能性大大增加了。
除去太空運輸成本外，另外一個就是太陽能板的材料問題了，以目前傳統(tǒng)的太空太陽能板的重量計算，每平方米的重量大約是3公斤，而建成太空三峽的面積是26.5平方公里。
根據(jù)已知的數(shù)據(jù)，可以推算出其總重量為：265000×100000×3÷1000=795000000噸，也就是7.95億噸，將近8億噸的重量了，是目前人類太空最昂貴建筑，也就是太空空間站（420噸）的18萬倍之多。
無論如何，這個重量還是太大，即便如今的太空運輸成本大大降低了，但是運送接近8億噸的貨物前往太空，成本依然極其高昂，達(dá)到了20萬億美元，這個成本依然讓人望而退步。
02.材料進(jìn)步
但是，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新的太空材料也在不斷被發(fā)明出來，2022年，中國航天科技集團就曾展示過“太空紡織”技術(shù)，其采用碳納米管編織的薄膜太陽能基板，密度僅為0.5-1.5克/立方厘米，其厚度僅為0.1毫米。那么其重量就是0.1公斤/平方米左右。
這個重量是原來的太空太陽能板的30分之一左右，那么其整體成本將是6000多億，不到7000億美元，而美國最近宣布了一個“星際之門計劃”的投入，就高達(dá)5000億美元，也就是說運輸成本比星際之門計劃高1/4左右的情況下，就可以完成了人類歷史上最偉大的創(chuàng)舉了。
以如今的運輸成本，以及材料的進(jìn)步，完成太空三峽計劃，已經(jīng)不僅僅是設(shè)想了，而是有操作空間的現(xiàn)實計劃了。
如果僅僅是解決太空運輸，以及材料問題，想要實現(xiàn)太空三峽計劃依然有個難關(guān)，那就是電力是在36000公里的高空產(chǎn)生，如何運輸?shù)降孛嫔蟻淼哪兀?/p>
03.電力傳輸
如果依靠線纜進(jìn)行電力運輸?shù)脑?，那么就要?gòu)建一條從太空延伸到地面，長度為36000公里的電纜，這么長的電纜，依目前的科學(xué)技術(shù)水平來說，制造起來并不困難。
困難的是在太空中沒有錨點來固定這根線纜，即便線纜被固定住了，但是受到地球引力、風(fēng)力以及其他不可預(yù)測的因素，這根太空電纜顯得非常脆弱，因此，想要依靠太空電纜進(jìn)行電力傳輸，顯然不太現(xiàn)實。
但是，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類找到了不依靠電纜，就可以進(jìn)行電力傳輸?shù)募夹g(shù)，這項技術(shù)就是“無線電力傳輸”。
其原理就是使用微波進(jìn)行電力傳輸，2023年，日本三菱重工成功實現(xiàn)了5.8GHz微波千米級無線輸電，效率達(dá)到了90%。
但是這項技術(shù)延伸到36000公里，目前的技術(shù)方案，顯然距離太短了，無法實現(xiàn)把電力從地球同步軌道運輸?shù)降孛嫔?，因此，需要解決微波束發(fā)散的問題，中國工程院提出了解決這個方案的計劃，那就是構(gòu)建“相位陣列天線群”，通過數(shù)萬個小天線協(xié)同工作，將微波束聚焦在一個直徑為5公里的接收站，那么就可以接收到來自太空的電力了。
但是，這同樣面臨著一個巨大的挑戰(zhàn)，那就是微波束的安全問題，如果微波束傳輸方向出現(xiàn)偏差的話，那么其攜帶的能量，對地面任何生物來說，都是異常巨大的災(zāi)難，因此，微波束的安全值需要控制在百萬分之一的誤差內(nèi)，才能開始實施這個計劃。
除了以上這三個方面的挑戰(zhàn)外，想要實現(xiàn)太空三峽計劃，還需要建立一個防護系統(tǒng)，以應(yīng)對太空垃圾碎片對太陽能板的撞擊。
結(jié)語：
以目前中國的實力，只要再過5年時間，中國是有能力獨立完成這個太空三峽計劃的，發(fā)射能力方面，2030年中國長征九號重型火箭就可以進(jìn)行首飛，其近地軌道運載能力將達(dá)到150噸，足夠?qū)⒋笮驮O(shè)備運送到太空進(jìn)行組裝。
另外，中國已在重慶璧山建造全球首個空間太陽能電站試驗基地，計劃2028年實現(xiàn)10千瓦級微波輸電。
另外，中國電力全球領(lǐng)先，特別是特高壓輸電技術(shù)全球領(lǐng)先，這為太空能源接收做好地面網(wǎng)絡(luò)支撐。
從這個方面來說，實現(xiàn)太空三峽計劃，中國已經(jīng)具備了一切“硬性條件”，而在“軟性條件”方面，還需要協(xié)調(diào)，這是因為，這樣一個龐大的太空工程項目，涉及到太空資源的開發(fā)，因為太空資源是全體人類共同的資源。這就需要全球各國共同制定一個開發(fā)公約，便于開發(fā)太空資源。
這也是龍院士最終所言：“這不是某個國家的獨奏，而是全人類的交響曲”。只是不知道，漂亮國是否會在這件對全人類都有益的太空三峽工程上，從中作梗。
你認(rèn)為美國會讓我們順利的開展“太空三峽”計劃嗎？他們能夠阻擋嗎？能夠阻擋得住嗎？
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