正在隔断地球36000公里的太空之上,蕴藏着一种潜力浩瀚的能源,希望为人类供应源源一向的明净能源。
近期,中国工程院院士,长征三甲系列火箭总策画师龙笑豪院士,为了操纵这些太空能源,提出一个雄壮的设思:“正在离地面36000公里同步轨道上,修造一条1公里宽的太阳能电池带缠绕地球,它形成的能量相当于全人类可开采石油总储量,这相当于把三峡工程的发电本领搬到太空。”
跟着这个设思被提出后,正在科学界激励了浩瀚的热议,人们以为这个设思太科幻了不太实际,然而,这个有些科幻的设思,本质上曾经有中国机构正在商酌,而且曾经赢得了巨大的商酌功效,那么这个设思真的能够完毕吗?倘使能够完毕的话,还要面临哪些题目,大致必要多久智力够完毕呢?
本质上,正在地球同步轨道上蕴藏着浩瀚的能量,并非这里好像地球地下蕴藏石油。而是这个高度的太空对照奇特,由于这个高度普通被称为地球同步轨道。
也即是说正在这个高度,与地球自转速率简直同步,所以,仅打发极幼的能量,就能够坚持人造天体的运行。
而龙笑豪院士提出的这种设思,即是打破人们对地球和太空的认知限度。这种设思说起来也特别方便,即是正在这个高度操纵太阳能。
咱们都了解正在地球轮廓,太阳能的操纵率特别低,这不只是时间的限度,也是天然前提的限度,由于正在太阳光进入大气层的流程中,大气层会吸取和反射约莫30%的能量。
而正在隔断地面数十公里的高空中,因为云层的存正在,又会导致30%的太阳光被反射和散射,再次损耗了30%的能量。再加上昼夜瓜代,也存正在50%的空闲功夫。
掷开上面这些成分,方今即使最前辈的单晶硅太阳能板,其发电效劳也仅有18-22%把握,归纳下来的话,地表太阳能的操纵率表面上还不到5%。
然而,正在隔断地面36000公里的同步轨道上,境况却有很大的差别,这里不只没有大气层骚扰,也没有云层,太阳辐射强度能够到达每平方米1366瓦,是地表日照最强地域的1.4倍。
更为要害的是,这里没有昼夜之分,只须太空修立与地球同步转动,就好像向日葵相通,永远面向太阳,所以,能够24幼时不间断的发电,同样功用和面积的太阳能板,正在这里发电量是地面的8-10倍把握。
倘使依据龙院士的计划,1公里宽的环带,地球同步轨道周长约26.5万公里,其总面积将到达26.5万平方公里,这个面积相当于2.6个韩国。
倘使依据目前太空太阳能板的能量转换率来算,其发电量能够到达3.8×10^16千瓦时,许多人对这个数字没有观点。
倘使依据三峡的发电量来算,这个一年发电量,是三峡电站发电量的38万倍,而倘使以目前地球探明的石油储量换算成能量,那么其发电量与石油总储量相当。而以目古人类一年的用电需求,可供人类运用200年。
目前,思要完毕“太空三峡”工程,另有三个方面急迫必要处理,这三个方面涉及到太空运输、资料构造,以及电力传输。
本质上,太空电站最早的观点能够追溯到1968年,当时由物理学家彼得·格拉赛初度提出,然而,这一设思受造于当时的时间以及慷慨的本钱,只可中断正在表面阶段。
1968年正处于美苏太空竞赛热火朝天的光阴,当时阿波罗11号还未登月,两国固然有本领把探测器发射到地球同步轨道上,不过以当时的火箭时间,不只获胜率偏低,并且本钱极其慷慨,这一设思也不太实际。
然而,跟着科学时间一向提高,迥殊是跟着可接收火箭的获胜应用,让以往代价极其慷慨的太空运输,本钱大大低落。
按照现有原料显示,从1970年-2000年里,运送一公斤物体到太空的本钱约莫是1.85万美元,而方今,跟着可接收火箭时间成熟,这个本钱被大大低落下来,目前SpaceX揭橥的原料显示,发送1公斤物体到太空的本钱仅200美元。
除去太空运输本钱表,其余一个即是太阳能板的资料题目了,以目前古板的太空太阳能板的重量估计,每平方米的重量约莫是3公斤,而修成太空三峡的面积是26.5平方公里。
按照已知的数据,能够计算出其总重量为:265000×100000×3÷1000=795000000吨,也即是7.95亿吨,快要8亿吨的重量了,是目古人类太空最高贵修立,也即是太空空间站(420吨)的18万倍之多。
无论何如,这个重量仍是太大,即使方今的太空运输本钱大大低落了,不过运送贴近8亿吨的货色赶赴太空,本钱照旧极其慷慨,到达了20万亿美元,这个本钱照旧让人望而退步。
不过,跟着科学时间的提高,新的太空资料也正在一向被发觉出来,2022年,中国航天科技集团就曾闪现过“太空纺织”时间,其采用碳纳米管编织的薄膜太阳能基板,密度仅为0.5-1.5克/立方厘米,其厚度仅为0.1毫米。那么其重量即是0.1公斤/平方米把握。
这个重量是向来的太空太阳能板的30分之一把握,那么其集体本钱将是6000多亿,不到7000亿美元,而美国迩来揭晓了一个“星际之门准备”的加入,就高达5000亿美元,也即是说运输本钱比星际之门准备高1/4把握的境况下,就能够实行了人类史册上最伟大的创举了。
以方今的运输本钱,以及资料的提高,实行太空三峡准备,曾经不只仅是设思了,而是有操作空间的实际准备了。
倘使仅仅是处理太空运输,以及资料题目,思要完毕太空三峡准备照旧有个难合,那即是电力是正在36000公里的高空形成,何如运输到地面上来的呢?
倘使依赖线缆举行电力运输的话,那么就要构修一条从太空延长到地面,长度为36000公里的电缆,这么长的电缆,依目前的科学时间秤谌来说,成立起来并不麻烦。
麻烦的是正在太空中没有锚点来固定这根线缆,即使线缆被固定住了,不过受到地球引力、风力以及其他弗成预测的成分,这根太空电缆显得特别亏弱,所以,思要依赖太空电缆举行电力传输,明显不太实际。
不过,跟着科学时间的提高,人类找到了不依赖电缆,就能够举行电力传输的时间,这项时间即是“无线电力传输”。
其道理即是运用微波举行电力传输,2023年,日本三菱重工获胜完毕了5.8GHz微波千米级无线%。
不过这项时间延长到36000公里,目前的时间计划,明显隔断太短了,无法完毕把电力从地球同步轨道运输到地面上,所以,必要处理微波束发散的题目,中国工程院提出体会决这个计划的准备,那即是构修“相位阵列天线群”,通过数万个幼天线协同任务,将微波束聚焦正在一个直径为5公里的给与站,那么就能够给与到来自太空的电力了。
不过,这同样面对着一个浩瀚的挑拨,那即是微波束的安然题目,倘使微波束传输宗旨展示偏向的话,那么其带领的能量,对地面任何生物来说,都是特地浩瀚的灾难,所以,微波束的安然值必要驾御正在百万分之一的偏差内,智力开头推行这个准备。
除了以上这三个方面的挑拨表,思要完毕太空三峡准备,还必要树立一个防护体例,以应对太空垃圾碎片对太阳能板的撞击。
以目前中国的势力,只须再过5年功夫,中国事有本领独立实行这个太空三峡准备的,发射本领方面,2030年中国长征九号重型火箭就能够举行首飞,其近地轨道运载本领将到达150吨,足够将大型修立运送到太空举行拼装。
其余,中国已正在重庆璧山修造环球首个空间太阳能电站试验基地,准备2028年完毕10千瓦级微波输电。
从这个方面来说,完毕太空三峡准备,中国曾经具备了一共“硬性前提”,而正在“软性前提”方面,还必要和洽,这是由于,如此一个雄伟的太空工程项目,涉及到太空资源的拓荒,由于太空资源是集体人类联合的资源。这就必要环球各国联合拟定一个拓荒条约,便于拓荒太空资源。
这也是龙院士最终所言:“这不是某个国度的独奏,而是全人类的交响曲”。只是不了解,美丽国事否会正在这件对全人类都有益的太空三峡工程上,从中作梗。