日本政府2015年1月制定的“宇宙基本計劃”中，包含了一項要推進研發的“未來技術”。那就是使太陽能電池板漂浮在宇宙空間，將所發電力輸送到地面的“宇宙光伏發電系統”。
這項研究目前還面臨著許多有待解決的技術課題，目前預計的開發費用將超過1～2萬億日元。據稱最快2040年實現。雖然路途艱難，但實用化，就能改變整個世界的能源產業。
所謂宇宙光伏發電，是要在3.6萬公里高空的同步衛星軌道設置上專用衛星，在宇宙空間利用太陽能發電，再把電能轉換為電波，輸送到地球。最后在地面的受電基地再恢復成電能。
在沒有云層遮擋的宇宙空間，可以不間斷地穩定發電，因此與地面的光伏發電相比，發電效率約是后者的10倍。而且，向地面的受電基地定點供電的方式也具有較大的優勢。只要建設好受電基地，即便是深山、海上等交通不便的場所，也可以大量供應發電過程碳排放為零的清潔電力。
而且，在宇宙空間生產的無窮的電能，還可以從日本擁有的衛星，輸送給其他國家。讓沒有資源的日本轉型為能源出口國，也不再只是夢想了。
美國凍結開發計劃，日本一馬當先
宇宙光伏發電的方案是在1968年由美國的Peter Glaser博士提出的。之后一直以美國宇航局（NASA）為中心推進研發。但現在，出于財政等原因，NASA的開發計劃遭到了凍結。部分民營企業雖然也在繼續進行研究，但沒有取得突出的成果。
于是，從1980年代開始參與研發的日本沖到了領跑的位置。文部科學省等管轄的日本宇宙航空研發機構（JAXA）與經濟產業省下屬的宇宙系統開發利用推進機構合作，正在聯手開發基礎技術。
宇宙系統開發利用推進機構系統開發部擔當部長中村修治自豪地說：“還在繼續開展研發的國家只有日本。我們引領著世界。”
宇宙光伏發電系統如上圖所示，大致分三個階段。
首先是設置在宇宙空間的衛星利用太陽能發電，將電能轉換成微波或者激光。這是第一階段。接下來是準確向地面輸送電波。最后利用地面的天線接收電波，重新復原成電能。
其中最大的課題是衛星。使用過去研發的主流——微波作為供電方式時，設置在宇宙空間的發電衛星的成本非常高昂。
利用宇宙太陽能生產1座核電站的發電量，即100萬千瓦，必須在宇宙空間內，鋪設約2公里見方的太陽能電池。如果達不到這樣的面積，從宇宙空間到地面，在3.6萬公里的供電過程中，電波將會擴散。使用上面提到的太陽能電池時，在地面上也需要設置直徑約為4公里的受電天線。
由于需要的衛星體型巨大，發射成本自然也是巨大。
以發電量為100萬千瓦計算，資材的重量約為1.5萬噸。即使每次能夠發射50噸，也要發射300次。因此，資材的運輸不能使用一次性火箭，必須將航天飛機等可以重復使用的太空飛機實用化。在此前提下估算，整體的成本至少需要1～2萬億日元以上，“考慮到利潤，以現在的技術還難以實現”（JAXA工作人員）。
供電方式不只是手機等使用的微波。JAXA還考慮采用波長僅為微波約5萬分之1的激光。
微波可以不受天氣影響進行供電，但如上所述，微波存在導致負責供電的衛星和負責受電的天線大型化的問題。另一方面，激光雖然能實現裝置的小型化，但容易受到云和雨的遮擋，無法充分發揮宇宙太陽能的優勢。而且，如果天線受電不準確，還有可能危害人體健康。二者都各有長短。
除此之外，包括如何確保設置受電天線的大片用地、如何取得宇宙光伏發電使用的電波波段在內，課題還有很多。
考慮到這些情況，美國決定凍結計劃。那么，日本為什么還在堅持研究呢？
這從2015年3月在兵庫縣內進行的驗證實驗可以一探究竟。
JAXA、推進機構、三菱電機等，開展了將電能轉換成微波，向54m開外的受電天線發送的實驗，得到的電能超過了預期。
54m與3.6萬公里似乎相去甚遠，但推進機構的中村說：“只要建立起根據受電部的天線發出的信號，準確輸送電波的技術，就能提高轉換效率，延長傳輸距離。”
向無人機無線供電
微波供電和受電天線——奠定宇宙光伏發電基礎的這兩項基礎技術，還可以應用于其他領域。
比如說，無人機充電一次可飛行幾十分鐘左右。目前還需要在斷電前返回地面的充電基地，而使用微波無線供電的話，就可以持續飛行。
福島第一核電站的報廢作業、橋梁和高速公路等基礎設施的檢查等，無人機的活用范圍將飛躍式擴大。甚至可能出現自動為特定區域內的手機充電的服務等。
通過推進宏偉的宇宙太陽能計劃，加快必要的基礎技術的革新速度，從而回饋社會——出于這樣的目的，日本政府決定繼續實施計劃。
其效果還帶動了其他技術。開發發電衛星配備的玻璃鏡的日本電氣硝子以宇宙太陽能為契機，拓展了業務范圍。
日本電氣硝子于2010年，應JAXA“制造1m2重100g的玻璃鏡”的要求，著手對玻璃進行輕量化。在2014年成功開發出了世界最薄、約為0.03mm的玻璃。為得到手機等產品的采用，該公司正致力于生產的穩定化。回顧當時，執行董事薄膜業務部長金井敏正說：“宇宙太陽能計劃推動了技術革新。”
雖然成本、技術等課題還為數眾多。但放棄宇宙光伏發電還為時尚早。
宇宙系統開發利用推進機構等為實現小型發電系統，已經行動了起來。他們沒有一次性建設巨型設備，而是要發射多顆小型衛星。計劃通過連接衛星，慢慢擴大規模，借此降低成本。
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
