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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 **

委內瑞拉一夜間變天。1月3日,美軍對委內瑞拉首都加拉加斯等地美軍閃電襲擊,接執政近13年的總統馬杜羅及其妻擄走往紐約受審,過程僅約3小時。美國總統特朗普於本港時間凌晨高調炫耀生擒馬杜羅夫婦的「戰果」,事件震撼全球,包括中國有內的國際社會譴責美方違反國際法和侵犯主權,連美媒也形容,將一名在任國家元首從其首都擄走,沒有比這更肆無忌憚且毫不掩飾、無視乎國際法、任何先例或後果,展示其史無前例、不受約束的全球力量」。

特朗普在其社交平台發佈馬杜羅被生擒後的照片。

特朗普在其社交平台發佈馬杜羅被生擒後的照片。

美媒援引知情人士消息稱,此次突襲由美陸軍「三角洲特種部隊」執行。當天深夜,馬杜羅及其妻子正熟睡時,被美軍從臥室強行拖拽並抓獲。《紐約時報》1月3日披露了行動的相關細節,美軍是在一名安插在委內瑞拉政府內部、近幾日持續監控馬杜羅位置的美國中央情報局(CIA)線人協助下完成擄走馬杜羅的行動,據悉該線人與馬杜羅關係密切。

馬杜羅被送抵美國紐約後,跟探員說新年快樂。

馬杜羅被送抵美國紐約後,跟探員說新年快樂。

中情局自去年8月起便在委國境內展開情報收集,利用隱形無人機、人力情報源等全面掌握馬杜羅的行蹤與生活細節。美軍參謀長聯席會議主席凱恩表示,包括掌握其出行規律、居住地點、活動軌跡、飲食偏好、著裝習慣,乃至他飼養的寵物種類。

行動當天,約150架美軍軍機,包括無人機、戰鬥機和轟炸機從20個不同的軍事基地及海上平台起飛,協同執行任務。

美軍於當地時間3日淩晨2時01分抵達馬杜羅所在點,至淩晨4時29分已將被其押上飛機,飛抵海域上空。整個行動中,美軍有一架直升機被擊中,約有6名士兵受傷,但無人陣亡。馬杜羅夫婦一度試圖逃往安全室但未果,被捕後被迅速轉移至美軍「硫磺島」號兩棲攻擊艦。

特朗普與政府核心成員在海湖莊園實時觀看三角洲部隊突襲並抓捕馬杜羅的過程,形容「就像在看一場電視節目」。Truth Social 圖片

特朗普與政府核心成員在海湖莊園實時觀看三角洲部隊突襲並抓捕馬杜羅的過程,形容「就像在看一場電視節目」。Truth Social 圖片

美國總統特朗普表示,他與政府核心成員1月3日上午在海湖莊園實時觀看了三角洲部隊突襲並抓捕馬杜羅的過程,「我全程觀看,就像在看一場電視節目」,指行動歷時數月籌備,包括搭建馬杜羅安全屋的模型,供特種作戰部隊進行演練,形容行動執行得「天衣無縫」。他表示,當美軍攻入官邸並抵達馬杜羅房間時,馬杜羅與其妻試圖逃入一間鋼筋加固的安全屋,但被美軍攔截。 

美媒形容,將一名在任國家元首從其首都擄走,肆無忌憚,無視乎國際法、任何先例或後果。AP圖片

美媒形容,將一名在任國家元首從其首都擄走,肆無忌憚,無視乎國際法、任何先例或後果。AP圖片

凱恩表示,美軍戰機進入委內瑞拉領空後,首要任務是摧毀該國的防空系統,為搭載特種作戰部隊的直升機開闢突防通道。當美軍向馬杜羅藏身地逼近時,加拉加斯部分區域的電力供應被切斷。知情人士透露,此次斷電是一次臨時網絡攻擊所致。

負責抓捕馬杜羅的三角洲部隊隊員,由陸軍精銳特種作戰航空部隊、綽號「暗夜潛行者」的第160特種作戰航空團運送至目標地點。而美國聯邦調查局(FBI)人員隨同軍方參與抓捕行動,在馬杜羅被捕後,直升機返回官邸將其押解撤離。淩晨4時29分,馬杜羅及其妻子已被轉移至部署在加勒比海的美國海軍「硫磺島」號兩棲攻擊艦上。

美軍突襲委內瑞拉。

美軍突襲委內瑞拉。

特朗普透露,馬杜羅曾提出一項交易,承諾向美國開放委內瑞拉的石油資源,試圖換取美方放棄突襲行動,但該提議遭其否決。

CNN報道,特朗普僅74個詞的帖文表明,他可為追求外交政策目標而果斷、突然甚至魯莽地採取行動。但CNN首席國際安全記者Nick Paton Walsh認為,此次軍事打擊是特朗普執政期間,最強硬的境外軍事干預行動,擄走一國元首的行動堪稱「極端」(extreme)。

CNN指白宮指控馬杜羅是「販毒網絡頭號人物」,惟至今都缺乏確鑿證據,認為相關行動的政治色彩強烈,潛藏更廣泛的野心,深層本質是華盛頓意在擴大對周邊地區的控制權,實現其所謂的「新版門羅主義」,惟擔心委內瑞拉將陷入混亂局面,特朗普的一時「勝利」將演變成一場連鎖性的慘敗。

過去數月,美方以打擊「毒品恐怖主義」為名,在委內瑞拉附近加勒比海域部署大規模海空軍力,擊沉約30艘船,造成逾百人死亡。委內瑞拉多次指責美國意圖通過軍事威脅策動推翻政權,並在拉丁美洲作軍事擴張。

美國對委內瑞拉的軍事行動被國際社會譴責。AP圖片

美國對委內瑞拉的軍事行動被國際社會譴責。AP圖片

彭博社指,直接逮捕馬杜羅標誌著一場「前所未有的境外干預行動」(unprecedented intervention);《紐約時報》形容,行動為整場施壓的「驚人高潮」(stunning culmination)。

美國全國廣播公司(NBC)則形容為「震撼世界的舉動」(world-shaking move),並引述分析指,美方此次軍事打擊的合法性存在法律爭議。智庫查塔姆研究所國際法項目主任Marc Weller表示,國際法嚴禁將武力作為推行國家政策的手段,武力的動用僅適用於反擊武裝攻擊的情況,或在特定情況下拯救正面臨滅頂的民眾,但顯然美方針對委內瑞拉的武裝行動,並未滿足上述任何一項法定條件。

不過,他指,雖然國際法所禁止,但美方仍有可能推進對馬杜羅的刑事審判程序,像1989年12月20日美國「以保護美國僑民生命財產安全」為藉口派兵入侵巴拿馬,推翻時任巴拿馬政府,將國防軍司令、政府首腦諾列加抓回美國,以販毒等罪名定罪判刑。

美軍空襲委國期間,民眾爭相走避。AP圖片

美軍空襲委國期間,民眾爭相走避。AP圖片

國際社會也對美國突襲委內瑞拉行動表態。古巴國家主席廸亞斯卡內爾譴責今次行動是「罪行」,籲國際社會採取緊急行動,指拉丁美洲正遭受殘酷攻擊;古巴外交部長羅德里格斯發文指是「對一個從未侵略美國或任何其他國家的國家所實施的卑劣行徑。」;墨西哥政府強烈譴責美國「單邊軍事行動」,籲遵守國際法;伊朗同指美方明顯違反《聯合國憲章》和國際法,構成赤裸裸的侵略行為。黎巴嫩真主黨則將美方行徑斥為「恐怖主義侵略行為」,將全力聲援委國。

中國外交部表示,中方對美方悍然對一個主權國家使用武力並對一國總統動手深表震驚,予以強烈譴責,美方的這種霸權行徑,嚴重違反國際法,侵犯委內瑞拉主權,威脅拉美和加勒比地區和平與安全,中方堅決反對,敦促美方遵守國際法及聯合國憲章宗旨和原則,停止侵犯別國的主權安全。

美軍早於去年8月已部署今次行動。AP圖片

美軍早於去年8月已部署今次行動。AP圖片

俄羅斯外交部亦發聲明深切關切和譴責,指美方為此行徑辯解的借口站不住腳;巴西總統盧拉批評,美方已越過了不可接受的底線,公然違反國際法攻擊他國,是走向暴力、混亂和動蕩世界的第一步,強權淩駕於多邊主義之上;白俄羅斯總統盧卡申科以最強烈措辭譴責美國的侵略行徑。 

歐盟主席馮德萊恩發文指,堅定與委內瑞拉人民站在一起,支持該國實現和平民主過渡,但任何解決方案都必須恪守國際法與《聯合國憲章》的規定。德國外交部表示,正高度關注委內瑞拉局勢發展;瑞典、瑞士、捷克等歐洲國家則呼籲局勢緩和的同時,強調所有國家均有責任遵守並踐行國際法。丹麥外交部表態稱,美方此次軍事打擊是「一次具有戲劇性的事態升級」。在英國,多名英議員對美方軍事行動予以譴責,但首相施紀賢則指自己正進一步了解相關詳情,指當前形勢顯然瞬息萬變,必須查清全部事實真相,指尚未與特朗普進行通話,但堅信各國應恪守國際法準則。

聯合國秘書長古特雷斯在聲明中表示,對周六發生在委內瑞拉的事件深感震驚,警告美國在當地採取的軍事行動將對整個地區產生更深遠影響,同時呼籲各方恪守國際法。

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