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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

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當地時間12月26日,日本內閣批准2026財政年度的防衛預算計劃,防衛費預算達到創紀錄的9萬億日圓(約合 4,467 億港元),比 2025 年增長了 9.4%,年度軍費開支翻一番,達到國內生產總值的 2%。日本政府將在2026年1月召開的國會例會上將提交預算案,如果國會批准,日本防衛預算將刷新二戰後的紀錄。日本防衛大臣小泉進次郎更炒作「中國航母威脅」,稱要「盡快聯繫美國」,與美國國防部長赫格塞思會面。

在內閣會議後的記者會上,小泉進次郎表示,隨著中國第三艘航母福建艦入列,中國海軍將形成三航母戰備執勤、作戰訓練和保養維修的輪替運作體系,正持續提升遠洋作戰能力。小泉還稱,他計劃盡快與美國國防部長赫格塞思會面,討論中國軍事力量增長、日美同盟的「威懾力」、加強共同應對能力等問題。

日本內閣通過「史無前例」突破9萬億日圓的防衞預算,小泉進次郎表示,日本面對所謂「戰後最嚴峻、最複雜的安全保障環境」。

日本內閣通過「史無前例」突破9萬億日圓的防衞預算,小泉進次郎表示,日本面對所謂「戰後最嚴峻、最複雜的安全保障環境」。

日本內閣通過的2026財政年度的防衛預算計劃,是「史無前例」突破了9萬億日圓大關。小泉表示,這是確保日本有足夠的預算用於國防。他聲稱,預算已包含美軍再編經費的防衛費在內,是日本在面對所謂「戰後最嚴峻、最複雜的安全保障環境」時必需的防衛經費。

針外界質疑日本加強防衛能力的舉動可能動搖其「和平路線」,小泉宣稱,日本的無核三原則和「專守防衛」政策沒有改變。

美聯社報道稱,日本一直在利用遠程飛彈加強其進攻能力,以從遠處攻擊敵方目標,這與其二戰後將武力使用限制在自衛範圍內的原則大相徑庭。

報道稱,這律防衛預算案計劃撥款9700億日圓以加強遠程導彈能力,其中包括用1770億日元採購日本國產的12式反艦導彈;還計劃投入1000億日圓,到2028年3月構建以大量無人機為核心的沿岸防衛體系「盾牌」(SHIELD)。

小泉進次郎稱,計劃盡快與美國國防部長赫格塞思會面,討論中國軍事力量增長等問題。AP資料圖片

小泉進次郎稱,計劃盡快與美國國防部長赫格塞思會面,討論中國軍事力量增長等問題。AP資料圖片

此外,日本自衛隊將進行組織架構調整,包括日本航空自衛隊將更名為「日本航空宇宙自衛隊」、新設規模在880人左右的「宇宙作戰集團」以及駐紮在沖繩縣那霸市的日本陸上自衛隊第15旅團將升級為師團。

美聯社指,日本在2022年通過的安全戰略中,將中國列為「最大戰略挑戰」,尋求讓日本自衛隊在日美同盟中發揮「更積極的作用」。 

自2023財政年度以來,日本防衛預算連續創下新高。美聯社分析,面臨經濟壓力的日本政府未來要如何為節節攀升的防衛預算提供資金,依然有待觀察。高市早苗政府正計劃通過提高企業稅和煙草稅等手段,為不斷增長的軍事開支籌集資金。

軍事專家宋忠平26日接受《環球時報》採訪時表示,日本似乎誤判了情勢,打著所謂日美同盟的旗號,一方面大肆渲染所謂的「中國軍事威脅」,一方面又聲稱希望就如何應對與美國磋商,但華盛頓方面似乎並不買帳。 

宋提到,美國國務卿魯比奧在12月19日舉行的記者會上,回應有關他對近期中日緊張局勢升級的看法,以及會否「譴責」中國所謂的「挑釁行為」時表示,「我們與中國取得了良好進展」,根據美國國務院發佈的新聞稿稱,魯比奧還表示,這些緊張局勢是長期存在的動態因素,「我們堅信能繼續與日本保持牢固的伙伴關係和聯盟,並以一種能夠讓我們繼續找到與中國開展富有成效的合作方式來做到這一點。」

宋指,不僅是魯比奧的言論,還有美國總統特朗普在與高市早苗通電話時告訴她不要在台灣問題上挑釁中國等,都顯示日本似乎錯判形勢。

上海外國語大學特聘教授黃靜亦指,特朗普及高市通話後,沒有在社交媒體發布任何消息,而且美國還從日本西部撤走了「颱風」(Typhon )中程飛彈系統,這些舉措顯示美國顯然高度重視穩定中美關係。

對日本防衛預算創新高,外交部發言人林劍26日在例行記者會上表示,近期國際社會對日本的軍事安全動向批評聲音不斷,日方不但沒反省收斂,反而計劃再大幅增加防衛預算,更加暴露出日本右翼勢力推動日本「再軍事化」,企圖讓軍國主義死灰復燃的險惡用心。

林劍指出,由於日本軍國主義罄竹難書的侵略罪行,日本的軍事安全動向一直備受亞洲鄰國和國際社會關注。日本新政府執政以來,明顯加快了強軍擴武的步伐,從高市首相發表涉台錯誤言論、對中國發出武力威脅,到日本首相官邸高官發表擁核言論,再到推進修改「安保三文件」、放風修改「無核三原則」,日本正在背離一貫標榜的「走和平發展道路」,在危險的方向上越走越遠。

林劍表示,近年來,日方自我鬆綁「集體自衛權」,發展所謂「對敵基地攻擊能力」,強化延伸威懾合作,將沿海島嶼打造為前沿陣地,明顯超出「專守防衛」的範疇。所謂「防禦反擊」成為日本右翼勢力煽動民意、欺騙輿論、突破戰後國際秩序和日本憲法規定的借口,這些動向已引起國際社會的高度警惕。

林劍說,「日本人民也是軍國主義的受害者」,有日本有識之士指出增加防衛費並不能帶來和平穩定;近期,在日本國內多地的市民集會,強烈抗議日本政府的軍備擴張路線;還有學者指出,增加防衛開支對日本經濟是極其沉重的負擔,最終將由日本普通民眾承擔。

林劍表示,中方將同所有愛好和平的國家一道,堅決遏制任何復活軍國主義和形塑「新型軍國主義」的危險行徑,共同維護二戰勝利成果。

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