外观有如蝴蝶优雅展翅,在欧洲太空总署的太空太阳能活动中,瑞士新创Astrostrom提出一个GE⊕-LPS巨型太空太阳能电厂概念,由源自月球的材料制成太阳能模组,可为将来的月球基地供电。
建立月球前哨站其中一个挑战在于要有稳定可靠的电力基础设施,在月球上建置太阳能板可能不是好选项,因为月球的日夜相当于地球上28天,昼、夜各为 14个地球日,但如果打造太阳能系统卫星,就不会有这个问题了,不受天气与日照影响。
研究提出的GE⊕-LPS设计,主架构是长达1平方公里的螺旋结构,上面覆盖着具备天线的特殊V型黄铁矿太阳能板,太阳能系统卫星将发射到距离月球表面约 61,350公里的地月拉格朗日点,之后可以持续将23MW能量回传到月球上的接收器。
GE⊕-LPS不仅可以充当发电站,还可以当作具有人工重力的太空实验室、深空任务基地,甚至是太空旅游的休憩处。
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材料来自月球,组装不需要人力
以前,为人类月球基地提供稳定电力来源是一个重大挑战。因为在月球上建置太阳能板也会受到日照影响,月球的日夜相当于地球上 28 天,昼、夜各为 14 个地球日。
所以,要解决月球基地的电力来源问题,也需要在太空中寻找解决方案。
此时,GE⊕-LPS技术则被认为可以为人类月球基地提供稳定可靠的电力。
该空间站总体造型酷似蝴蝶,也是其灵感来源。它的主架构是长达1平方公里的螺旋结构以提供结构支撑,上面覆盖着具备天线的特殊V 型黄铁矿太阳能板。
该空间站位于距离月球表面约61,350公里的地月拉格朗日点,这个位置是地球和月球运行之间的门户,由于位置特殊,足以将23MW的微波功率传送到月球表面的接收器,以满足月球基地运行所需的能源。
另外,这个位置的空间站还可以充当具有人工重力能力的空间实验室、深空任务的基地,甚至是一个具备吸引力的旅游目的地,为地月空间探索提供可能性。
更有趣的是,该设计中所有的材料都来自月球。比如,黄铁矿太阳能电池的原材料可以在月球拿到,为在月球制作该设备提供了技术可行性。
团队也声称,正在开发相关所需的技术,将允许使用太空机器人和远程操作系统。这意味着,如果要制造该空间站的太阳能系统卫星,不用在地球上制造相关零组件,完全可以在太空自行组装,降低劳动力成本。
另外,通过使用月球较低的重力发射该空间站的太阳能系统卫星,也将大大降低发射成本。
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还可以为地球服务
欧洲航天局SOLARIS研发计划负责人桑杰表示:从地球表面向轨道发射大量GW 级太阳能卫星,除了会有发射能力不足风险,还会造成严重大气污染。未来一旦证明GE⊕-LPS的太阳能系统卫星的太空制造工艺和组装概念,就能利用月球本地资源扩大规模生产更多太阳能卫星,不仅为月球基地提供电,也能为地球提供电。
另外,据介绍,它除了为地球提供足够的清洁能源之外,这还将创造许多其他好处,包括开发地月运输系统、月球和轨道上的采矿、加工和制造设施等。
更重要的是,通过研究发现,在月球上生产的太阳能卫星不仅比任何类似的地球上生产的太阳能卫星的成本更便宜,而且在供电方面,成本也更低。
目前,据专家介绍,GE⊕-LPS可能无需任何技术突破即可实现,因为月球表面采矿、选矿和制造作业的大多数核心技术已经在地球上使用或开发,将这些技术应用在GE⊕-LPS中,远程操控月球表面的机器人进行工作,以模块化形式提供并组装。
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中国的逐日工程
太阳能发电,中国也正在计划中。这个项目被称为逐日工程,是中国未来能源战略的重要组成部分。
逐日工程的核心思想是在地球同步轨道上建造一个千吨级的太阳能发电站,利用太空中无遮挡的太阳光,将光能转化为电能或微波,再通过无线传输的方式送回地面。这样,就可以实现24小时不间断的清洁能源供应,而且效率比地面的太阳能发电站高出几十倍。据估算,一个千吨级的太空太阳能发电站,每年可以产生约20亿千瓦时的电力,相当于三峡大坝的十分之一。
解决地球上能源短缺和环境污染的问题,为人类提供一种可持续和清洁的能源。例如,它可以为偏远地区和灾区提供稳定的电力支持,也可以为大型工业和交通设施提供高效的动力来源。
提升中国在太空领域的技术水平和国际影响力,为未来的太空探索和开发打下坚实的基础。例如,它可以促进中国在火箭、卫星、空间站等方面的技术进步,也可以增强中国在国际空间合作中的话语权和地位。
促进国内相关产业的发展和创新,带动经济增长和社会进步。例如,它可以带动太空制造、无线传输、新材料、新能源等领域的产业链建设和市场拓展,也可以创造更多的就业机会和社会效益。
当然,逐日工程也面临着巨大的挑战和风险。它需要投入巨额的资金和人力物力,造价远超三峡大坝。据悉,一个千吨级的太空太阳能发电站,需要花费约2000亿元人民币,而且还需要数百次的火箭发射和数千名的太空工作者。
它需要突破许多关键的技术难题,如太空构件的制造、运输、组装、维护等,以及无线传输系统的安全、稳定、高效等。例如,它需要设计出轻质、强度高、可折叠、可拼接的太空构件,并保证其在极端环境下不受损坏或变形;它还需要确保无线传输系统不会对地面或其他航天器造成干扰或伤害,并能有效抵御外部攻击或破坏。
它需要处理好与其他国家和组织在太空利益和法律方面的协调和沟通,避免引发不必要的冲突和争端。例如,它需要遵守国际空间法的相关规定,尊重其他国家的太空主权和安全,也需要积极参与国际空间治理和合作,共同维护太空的和平与秩序。
目前,中国已经启动了逐日工程的初步研究和试验阶段,计划在2025年前后建成一个小型的太空太阳能发电站原型,在2030年前后建成一个中型的太空太阳能发电站,在2050年前后建成一个大型的太空太阳能发电站。与此同时,其他国家如美国、日本、欧盟等也在积极推进自己的太空能源计划。可以预见,在未来几十年内,太空将成为人类争夺和合作的新舞台。
逐日工程是一个充满梦想和挑战的项目,它不仅关乎中国的能源安全和国家利益,也关乎人类文明和未来命运。我们期待着中国在这个领域取得更多的突破和贡献,让我们的蓝色星球更加美好。
原标题:逆天了! 瑞士把发电站搬进太空,提出GE⊕-LPS巨型太空太阳能电厂概念