美国卫星在轨运行一年有望实现太空太阳能输电

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1月16日，美国加州理工学院宣布，其研发的太空太阳能卫星（SSPD-1）已成功在轨运行一年，并完成了3项实验测试。研究人员认为，卫星搭载的这3个重达110磅的原型器件是成功的，相信这一结果“将有助于规划太空太阳能的未来”，不过，距离真正实现可能还需要几十年，目前他们正迫切深入了解结果。

2023年1月3日，由加州理工学院科研教授团队历时十余年研发的太空太阳能卫星SSPD-1搭载SpaceX美国太空探索公司的猎鹰9号火箭发射升空，该卫星主要进行3个实验，分别是可在轨部署的超轻型复合材料实验、能够承受恶劣太空环境的电池评估、用于低轨电力传输的微波阵列实验。

“太阳能以商业方式从太空发射照亮地球，在未来应该能够实现。这项任务表明，它的确在未来可能可以实现。“加州理工学院校长托马斯·罗森鲍姆说。

用于低轨电力传输的微波阵列实验首次证明了太阳能可以被光伏电池收集，并能够通过微波传输到地球。在八个多月的时间里，科研人员“故意”加强压力测试致使传输能力下降，随后，他们在实验室里重现这一问题，找到了“罪魁祸首”——复杂的电热相互作用和单个阵列组件的磨损。

加州理工学院太空太阳能发电项目联合主任、电气工程和医学工程布伦讲席教授阿里·哈吉米里称，这些结果促进我们进行各方面修订，以最大限度地提高其长时间工作的性能，“通过太空测试，我们更清楚地了解我们的盲点，也对我们的能力更有信心。”

此外，研究团队还测试了32种不同类型的光伏电池，揭示了个别电池组件在应对太阳耀斑和地磁活动等太空天气事件的效应，例如钙钛矿电池性能具有极好的易变性。目前可用的太空太阳能电池比地球上广泛使用的太阳能电池和组件贵100倍，团队通过采用廉价且可扩展的生产工艺，实现了低成本的“非外延生长”电池。

不过，尽管太空太阳能卫星总体上取得了成功，但真正实现利用卫星阵列高效且经济地积累太阳能，可能还需要数年时间，还有诸多问题需要解决。首先，目前微波阵列传输的能量非常小，要提高能量，可能需要上千米宽的阵列，而国际空间站只有110米宽。有估计显示，太空中太阳能发电的成本为1-2美元/千瓦时，而目前美国电力的成本不到0.17美元/千瓦时。材料成本需要大幅降低，与此同时还要保持足够强度以承受太阳辐射和地磁活动。此外，将强大的微波和激光束发射回地球也存在安全问题。

研究人员意识到，尽管问题还有许多，但最近的进展表明，他们似乎正走在一条充满希望的道路上。

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