天基太阳能开启清洁能源新赛道

xinwen.mobi · 发表于 2025-11-4 20:26:59

天基太阳能开启清洁能源新赛道
太空中的阳光强度高出地面5-10倍，不仅能量充沛，还能提供持续、洁净的电力。

随着人类生活电气化程度不断提升，以及大数据与人工智能技术迅猛发展，全球能源需求正以前所未有的速度增长。风能、太阳能等地面可再生能源固然重要，但它们具有间歇性，且需要占用广阔的土地资源。

在这样的背景下，天基太阳能（SBSP）或将成为一条通往真正清洁、富足能源未来的新路径。

据世界经济论坛官网近日报道，随着发射成本下降与规模化制造技术的进步，天基太阳能在技术和经济层面已具备可行性，有望成为一种丰富且可持续的新能源。

当然，要将这一愿景变为现实，仍需克服一些关键技术障碍，例如进一步降低发射成本、提升向地球传输电力的效率等。

01 太空中的“光能收割者”：天基太阳能如何工作？
天基太阳能是一套部署于地球轨道的发电系统。它通过太阳能电池板收集能量，再以无线方式传回地面的接收天线。

这一构想最早由美国科学家彼得·格拉泽在1968年提出：将大型太阳能卫星部署在距地球约36000公里的静止轨道上，使其全天候沐浴在阳光中。

随后，这些持续不断的太阳能被转化为微波，发射至地面接收站。

这些微波本身是安全的，其峰值强度约为230W/m²，相当于正午阳光强度的1/4。

早在20世纪70年代，天基太阳能就被认为在技术上可行。直到近十年來，随着发射成本下降与规模化制造技术的突破，它才真正具备了经济可行性。

02 优势尽显：为什么天基太阳能备受青睐？
与地面可再生能源相比，天基太阳能具有多重显著优势。

太空中更高的光照强度使天基太阳能板单位面积发电效率远超地面，从而节约大量土地资源。

美国国家航空航天局最近的一项研究甚至预测，一种天基太阳能模型能在一年99%的时间內发电。

这种高能量密度也有望大幅降低材料消耗，不仅使其更具可持续性，也有助于缓解资源压力。

同时，天基太阳能具备高度灵活的调度能力。每颗卫星可覆盖地球1/4的区域，几乎能实现洲际电力的瞬时传输，犹如太空中一座高效的“能源互联枢纽”。

研究表明，天基太阳能有望以极具竞争力的成本，满足人类大部分能源需求。

03 全球竞赛：世界各国如何布局天基太阳能？
一场围绕可持续能源的“太空竞赛”已经拉开帷幕，世界各國与私营企业正纷纷加大對天基太阳能的投入。

美国加州理工学院的天基太阳能演示原型于2023年8月实现首次太空无線能量传输。

该原型通过名为MAPLE的轻型的微波发射器，在太空中完成太阳能采集与传输，不仅点亮了一对LED灯，更将能量传回地面。

中国也在稳步推进千米级阵列建设目标，计划于2028年实现突破。

目前，重庆“天基太阳能电站实验基地”与西安“全链路地面演示验证系统”两大平台已启动建设。

其中西安系统于2022年6月完成全链路能量转换传输实验，实现55米垂直距离微波输能，发射功率超2千瓦。

根据中国科学院发布的技术路线图，中国有望在2030—2050年间建成首套商业化空间太阳能发电系统。

欧洲空间局于2023年1月启动SOLARIS预先研发计划，计划3年内投入6000万欧元攻关太阳能电池、能量转换器、空间机器人等核心技技術。

英国也跻身天基太阳能“玩家”行列。英国的“恒定孔径、固态集成、轨道相控阵列”（CASSIOPeiA）概念已被政府采纳，作为天基太阳能发电厂演示项目的起点。

日本将天基太阳能列为重点发展方向，持续开展关键技术验证。

2024年12月，日本宇宙航空研究开发机构与航天系统公司成功完成空地长距离微波输能实验：搭载发射器的飞机在7000米高空向地面精准传输微波。

04 中国特色方案：DIC-SSPS的创新路径
在中国，天基太阳能的研究正稳步推进。2025年5月16日，中国工程院院士、重庆大学教授杨士中在“天基太阳能发电传输系统科技战略研究”院士讲坛活动中，详细讲解了分散-独立-汇聚的空间太阳能电站（DIC-SSPS）方案。

杨士中表示，DIC-SSPS是具有中国特色的系统方案，这一方案巧妙地将中华民族优秀文化传统与现代科技相结合，展现出了独特的魅力与潜力。

目前取得的相关成果得到了国内同行的认可和《科技日报》等主流媒体的宣传报道。

重庆大学先进技术研究院院长谢更新对项目研究的意义表示认同，对项目的前景充满信心。

他表示重庆大学与璧山区人民政府刚签署深化共建重庆大学璧山先进技术研究院合作协议，特别强调要尽快完成璧山空间太阳能电站实验基地的建设。

05 挑战与未来：天基太阳能面临的技術难关
尽管天基太阳能前景广阔，但要实现这一宏伟蓝图，仍需在多个关键技术领域实现突破。

首先便是发射成本难题。虽然全球卫星发射成本持续走低，但欧洲空间局表示，建设国际空间站尚需数十次发射，规模更大的天基太阳能空间站所需发射次数将更为惊人。

值得期待的是，可重复使用火箭技术的成熟正显着改善太空经济性，为天基太阳能商业化之路注入强劲动能。

其次，技术挑战同样不容小觑。目前虽已实现数公里距离的无线传能，但要将千兆瓦级电力高效稳定地传回地面，仍面临重大技术瓶颈。

与此同时，如何在太空中利用自主机器人精准组装、维护巨型空间结构，也成为亟待攻克的技术难关。

考虑到未来几十年科技进步：基于石墨烯、纳米材料等发展的“太阳能膜”的质量将减轻到目前“太阳能板”的零头；太阳能发电介质的能效提高20%-30%。

如果向金星轨道方向推进天基太阳能基站，使其更靠近恒星，所获得的“太阳常数”将更高，其单位面积发电效能提升10倍，是远景，不是梦。

未来几十年，随着石墨烯、纳米材料等新型材料技术的发展，天基太阳能的发电介质效能可能提高20%-30%，而“太阳能膜”的质量将减轻到现有太阳能板的零头。

如果将天基太阳能基站向金星轨道方向推进，使其更靠近太阳，单位面积发电效能甚至有望提升10倍。

这场围绕可持续能源的“太空竞赛”刚刚开始，但它的影响将超越能源领域，重塑国家竞争的格局。

天基太阳能不仅是一个能源项目，更是人类走向太空文明的关键一步。

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