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美國衛星首次成功向地球傳送太陽能 證明「天基能源」步向現實 中國「逐日工程」空間太陽能電站實驗 早已開始

博客文章

美國衛星首次成功向地球傳送太陽能  證明「天基能源」步向現實 中國「逐日工程」空間太陽能電站實驗 早已開始
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美國衛星首次成功向地球傳送太陽能 證明「天基能源」步向現實 中國「逐日工程」空間太陽能電站實驗 早已開始

2023年06月08日 11:34 最後更新:11:37

在太空中收集太陽能並傳回地球,已出現研究突破。

6月1日,實驗搭建者、美國加州理工學院宣佈,1月發射的一顆衛星已將微波束的能量導向太空中的目標,甚至還將一部分能量發送到地球的探測器上。歐洲空間局(ESA)太空科學家維珍頓(Sanjay Vijendran)說,「以前沒有人這樣做過,他們通過展示這種能力,為這個夢想的實現增加了信心。」

加州理工學院順利將電力轉成微波,讓衛星能將太陽能直接傳遞到地面使用。

加州理工學院順利將電力轉成微波,讓衛星能將太陽能直接傳遞到地面使用。

長期以來,可靠性一直是太空太陽能發電面臨的挑戰。為了產生與典型的燃煤或核電站一樣多的電力,衛星需要覆蓋方圓數公里的收集區域,需要數百次發射和在軌組裝。美國太空總署在20世紀70年代能源危機期間策劃了一次任務,但以當時的技術,這項由太空梭搭載衛星升空並由太空人組裝的任務將耗資1萬億美元。費用太高,無甚可為,從那以後,就很少有人提及了。

如今,太空發生了變化。太陽能電池和微波光束更便宜、更高效。組裝機器人將很快進入軌道,SpaceX等公司已經大幅削減了發射成本。歐洲空間局和英國政府最近委託有關機構進行的研究表明,大型太空軌道發電機很快就能以與地面核電站相若的成本發電。

加州理工學院的這項任務旨在更進一步開發輕便、廉價和靈活的部件。微波發射器是一個由32個平面天線組成的陣列,排列在比餐盤稍大的表面上。通過改變發送到不同天線的信號的時間,研究人員可以控制陣列的波束。他們把它對準一對微波接收器,然後隨意將光束從一個接收器切換到另一個接收器,並點亮每個接收器上的LED。

微波發射器的發射功率很小,只有200毫瓦,比手機攝像頭的光還暗。但該團隊仍然能夠將微波束引向地球,並用接收器探測到它。加州理工學院電氣工程師夏占偉(Ali Hajimiri)說,「這是一個概念驗證,它表明了整個系統可以做什麼。」

加州理工學院的航天器還有兩個計畫中的實驗。其中一個正在測試32種不同的太陽能電池,看哪一種能耐得住嚴酷的太空環境。第二個是一塊折疊的超輕複合材料,它將展開成為一個兩米寬的帆狀結構。雖然帆上不會安裝任何太陽能電池,但它旨在測試未來發電站所需的輕薄、靈活的大型裝備。

人們對太空太陽能的興趣似乎越來越大。歐洲空間局今年委託有關機構進行了兩項關於軌道發電站潛在結構的研究。維珍頓說,能源供應公司已經加入了這項工作。日本京都大學團隊上個月宣佈,他們將與日本宇宙航空研究開發機構合作,在軌道上測試電力傳輸。

日本電氣工程師Naoki Shinohara說,他很高興聽到加州理工學院取得成功的消息,「但同時我也很失望,因為日本人的目標是在2025年進行世界上第一個(無線電力傳輸)衛星實驗。」

初創公司Virtus Solis Technologies也一直在測試電力傳輸,並計畫在2026年將一個試點工廠送入軌道。該公司首席執行官包寧(John Bucknell)表示,打算在10年內向客戶提供商業電力。「太空太陽能利用技術是唯一一種清潔、可靠、可擴展的能源技術,是實現零碳排放的可靠途徑。」

在太空用太陽能發電效能有多高?專家指出,1平方米的太陽能發電板,在多霧地區每小時最多只能生產0.1千瓦電力;如果在中國西北地區,中午太陽直射時能產生0.4千瓦,如果到了太空,產生的電力會達到10至14千瓦,幾乎是地球的百倍以上。

專家表示,理論上如果在地球同步軌道上,部署一條寬度1,000米的太陽能發電板陣環帶,假定其轉換效率為100%,那麼她在一年接收到的太陽輻射通量,已大約等於目前地球石油儲量的能量總和。

當然,現階段太空太陽能電站還有一些困難需要克服,例如何把上萬噸的發電設備運送至地球同步軌道和組裝、遠距離傳輸中微波傳輸的衰減和效率問題,以及大功率微波輻射對人體損害等,但這些問題相信佷快會迎刃而解,例如科學家正研究利用3D打印技術在太空製作大型部件,以解決運送設備的難題。

「逐日工程」空間太陽能電站地面驗證系統西安電子科技大學。西安電子科技大學圖片

「逐日工程」空間太陽能電站地面驗證系統西安電子科技大學。西安電子科技大學圖片

中國對太空太陽能電站的研究始於「十一五」(第十一個五年規劃,2006至2010年),雖然起步較晚,但在系統設計和關鍵技術方面已取得成果,相關的「逐日工程」(取「夸父逐日」之意)在2018年啟動,位於重慶的首個太空太陽能電站實驗基地隨後亦已動工,整體進展有後來居上之勢。

中國OMEGA–SSPS地面試驗驗證系統。西安電子科技大學圖片

中國OMEGA–SSPS地面試驗驗證系統。西安電子科技大學圖片

「逐日工程」空間太陽能電站地面驗證系統西安電子科技大學,其支撐塔為75m高的鋼結構,驗證系統主要包括五大子系統:歐米伽聚光與光電轉換、電力傳輸與管理、射頻發射天線、接收與整流天線、控制與測量。其工作原理,首先是根據太陽高度角確定聚光鏡需要傾斜的角度,在接收到聚光鏡反射的太陽光後,位於聚光鏡中心的光伏電池陣,將其轉化為直流電能。隨後,通過電源管理模組,四個聚光系統轉換得到的電能彙聚到中間發射天線,經過振盪器和放大器等模組,電能被進一步轉化為微波,利用無線傳輸的形式發射到接收天線。最後,接收天線將微波整流再次轉換成直流電,供給負載。

中國專家經過論證,已提出了相關路線圖,中期目標是力爭2030年建設一座兆瓦級(兆瓦是功率單位,等於1,000千瓦)太空太陽能試驗電站,實現應急供電並開展科學研究。而遠期目標是在2050年前,具備建設吉瓦級(1吉瓦等於1,000兆瓦,本港南丫島發電廠總發電量為3,700多兆瓦)商業化太空太陽能電站的能力,滿足國家可持續發展對能源安全的戰略需求。




深喉

** 博客文章文責自負,不代表本公司立場 **

美國突襲委內瑞拉首都加拉加斯,擄走委內瑞拉總統馬杜羅及其夫人弗洛雷斯(Cilia Flores),令全球震驚之餘,不少人奇怪,為何美軍要把馬杜羅夫人一併將從睡房強行擄走?原來並非「貪方便」。據CNN分析,弗洛雷斯被視為委內瑞拉社會主義的「第一鬥士」,有豐富從政經驗,兩夫婦婚前就在政界合作近30年,都是委內瑞拉前總統查韋斯的重要支持者,被美國視為馬杜羅政府的核心成員,顯示美軍的行動是要「瓦解」馬杜羅政權。

馬杜羅夫婦婚前就在政界合作近30年。AP圖片

馬杜羅夫婦婚前就在政界合作近30年。AP圖片

據CNN當地時間1月4日報道,弗洛雷斯1956年出生於委內瑞拉中部城市蒂納基約,在加拉加斯西部的工人階級社區中成長,成為一名專攻勞動法和刑法的律師。她和馬杜羅都是前總統查韋斯的追隨者,1992年查韋斯發動政變失敗後結識。

之後,弗洛雷斯為查韋斯和其他參與政變的軍官提供法律援助。當時,馬杜羅是查韋斯創立的「玻利瓦爾革命運動-200」的成員,為爭取查韋斯獲釋,馬杜羅也積極奔走,是當時這位中校的「安全衛士」。

弗洛雷斯在加拉加斯西部的工人階級社區中成長,後成為專攻勞動法和刑法的律師,之後從政。

弗洛雷斯在加拉加斯西部的工人階級社區中成長,後成為專攻勞動法和刑法的律師,之後從政。

弗洛雷斯在2023年11月一檔播客節目中回憶道:「在爭取查維斯獲釋的鬥爭中,我們參與了街頭活動。我永遠記得在卡蒂亞的一次集會,當一個年輕人請求發言時,他開始發言,我只盯著他看,真想『真聰明』。」此後,他們就形影不離,但弗洛雷斯走出了一條屬於自己的政治道路。

2000年,也就是查維斯當選總統的第二年,弗洛雷斯首次當選為委內瑞拉國會議員。 2005年她連任,一年後,她接替馬杜羅出任國民議會的女議長,而馬杜羅則出任查維斯的外交部長。

在她擔任議長期間,曾禁止記者進入立法議事廳,也因聘用數十名親屬擔任國會員工而受批評。但在接受西班牙《先鋒報》訪問時,她回應稱,該投訴從未正式提出,這是一場「抹黑運動」,又指她的家人是根據自身的能力被聘用的。

在與馬杜羅結婚前,佛洛雷斯曾出任國民議會的女議長。AP圖片

在與馬杜羅結婚前,佛洛雷斯曾出任國民議會的女議長。AP圖片

2009年至2011年期間,弗洛雷斯擔任查韋斯領導的委內瑞拉「統一社會主義黨」的第二副主席。2012年1月至2013年3月,弗洛雷斯出任委內瑞拉總檢察長。查韋斯於2013年3月因癌症去世前,弗洛雷斯和當時擔任委內瑞拉副總統的馬杜羅曾共同前往古巴探望過查韋斯。她的Twitter個人簡介於2015年自稱為「查維斯的女兒」,但幾年後她改為「查維斯主義者」。

2013年7月,馬杜羅擊敗反對派候選人並就任委內瑞拉總統後,弗洛雷斯和馬杜羅結婚。但弗洛雷斯拒絕使用「第一夫人」的稱謂,而堅持以「第一革命戰士」的身份陪同馬杜羅出席政治活動。 

2013年7月,馬杜羅就任委內瑞拉總統後,弗洛雷斯拒絕使用「第一夫人」稱謂,而堅持以「第一革命戰士」的身份陪同馬杜羅出席政治活動。

2013年7月,馬杜羅就任委內瑞拉總統後,弗洛雷斯拒絕使用「第一夫人」稱謂,而堅持以「第一革命戰士」的身份陪同馬杜羅出席政治活動。

CNN引述委內瑞拉西蒙·玻利瓦爾大學副教授卡門·阿特亞加(Carmen Arteaga)表示,「弗洛雷斯有著深厚的政治背景,成為第一夫人後,她很少發表公開聲明,不再爭相博取關注,她選擇退居幕後。但對許多人來說,她仍然是幕後掌權者或高級顧問。」

但阿特亞加指,弗洛雷斯是委內瑞拉「查韋斯主義陣營」的重要人物,在查韋斯去世後,弗洛雷斯的支持和建議在黨內具有關鍵作用。當時由查維斯欽點的馬杜羅仍在鞏固與前政府要員的領導地位,如被罷免的委內瑞拉石油公司總裁兼能源和石油部長拉斐爾·拉米雷斯、議員迪奧斯達多·卡韋略以及副總統埃利亞斯·豪阿。

阿特亞加指,在當地政界,鮮有女性擔任要職,弗洛雷斯是這個國家最有權勢的女性。但弗洛雷斯並沒因倡導女性主義主張而脫穎而出,她遵循的是「查維斯主義」的綱領,並非以女性主義綱領而聞名。弗洛雷斯2017年起重返立法機構,成為委內瑞拉制憲大會代表。雖然弗洛雷斯不像馬杜羅那樣受廣泛公眾關注,但這對夫婦密切合作,被輿論視為「一個整體」。

加拿大西安大略大學助理教授埃斯特法尼婭·雷耶斯(Estefanía Reyes)認為,雖然弗洛雷斯淡出政界,更注重於與委內瑞拉民眾建立聯繫,但她擁有深厚的政治背景,外界難以確定她到底在馬杜羅政府中發揮了多少作用。

事實上,美國已不是第一次針對弗洛雷斯。2018年,美國財政部對弗洛雷斯和多名委內瑞拉政府高級官員實施制裁,理由是馬杜羅「依賴核心圈子來維持權力」。當時,馬杜羅回應指,「如果你們想攻擊我,就攻擊我吧。不要對塞莉亞出手,不要針對我的家人,不要做個懦夫。她唯一的過錯就是成為我的妻子。」

馬杜羅夫婦出現在美國緝毒局辦公室內,當時弗洛雷斯身穿綠色外套,走在馬杜羅前面。

馬杜羅夫婦出現在美國緝毒局辦公室內,當時弗洛雷斯身穿綠色外套,走在馬杜羅前面。

美國司法部長邦迪1月3日表示,馬杜羅夫婦已在美國紐約南區聯邦地區法院被起訴,馬杜羅被指控犯有「毒品恐怖主義陰謀罪」、可卡因走私陰謀罪、持有機槍及破壞性裝置罪,以及針對美國的持有機槍及破壞性裝置陰謀罪。馬杜羅當地時間3日晚間被送往紐約布魯克林的拘留中心,但尚不清楚弗洛雷斯被拘留在哪里。

馬杜羅被送往紐約布魯克林拘留中心期間,妻子(穿綠色外套及牛仔褲者)跟在其後。

馬杜羅被送往紐約布魯克林拘留中心期間,妻子(穿綠色外套及牛仔褲者)跟在其後。

不過,馬杜羅夫婦同日出現在美國緝毒局的辦公室內。當時弗洛雷斯身穿綠色外套,走在馬杜羅前面。馬杜羅用英語對周圍人說完「晚上好」後,再次用西班牙語向妻子確認:「是應該說『晚上好』嗎?」

現時,委內瑞拉副總統德爾西·羅德里格斯已接管並行使全部總統職權。羅德里格斯明確表示,馬杜羅是委內瑞拉「唯一總統」,被美國「綁架」,要求美國立即釋放馬杜羅夫婦,並呼籲委內瑞拉人民保持冷靜,共同面對挑戰,捍衛國家主權。

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