太空三峡计划：在36000公里高空建电站，发电量超全球石油总储量

在距离地球36000公里的太空之上，蕴藏着一种潜力巨大的能源，有望为人类提供源源不断的清洁能源。

近期，中国工程院院士，长征三甲系列火箭总设计师龙乐豪院士，为了利用这些太空能源，提出一个宏伟的设想：“在离地面36000公里同步轨道上，建造一条1公里宽的太阳能电池带环绕地球，它产生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能力搬到太空。”

随着这个设想被提出后，在科学界引发了巨大的热议，人们认为这个设想太科幻了不太现实，然而，这个有些科幻的设想，实际上已经有中国机构在研究，并且已经取得了重大的研究成果，那么这个设想真的可以实现吗？如果可以实现的话，还要面对哪些问题，大概需要多久才可以实现呢？

由于龙乐豪院士把太空能量带类比三峡工程，因此，在科学界也有很多人把此称为“太空三峡”工程。

实际上，在地球同步轨道上蕴藏着巨大的能量，并非这里如同地球地下蕴藏石油。而是这个高度的太空比较特殊，因为这个高度一般被称为地球同步轨道。

也就是说在这个高度，与地球自转速度几乎同步，因此，仅消耗极小的能量，就可以维持人造天体的运转。

而龙乐豪院士提出的这种设想，就是突破人们对地球和太空的认知局限。这种设想说起来也非常简单，就是在这个高度利用太阳能。

我们都知道在地球表面，太阳能的利用率非常低，这不仅是技术的限制，也是自然条件的限制，因为在太阳光进入大气层的过程中，大气层会吸收和反射大约30%的能量。

而在距离地面数十公里的高空中，由于云层的存在，又会导致30%的太阳光被反射和散射，再次损耗了30%的能量。再加上日夜交替，也存在50%的空闲时间。

抛开上面这些因素，如今即便最先进的单晶硅太阳能板，其发电效率也仅有18-22%左右，综合下来的话，地表太阳能的利用率理论上还不到5%。

然而，在距离地面36000公里的同步轨道上，情况却有很大的不同，这里不仅没有大气层干扰，也没有云层，太阳辐射强度可以达到每平方米1366瓦，是地表日照最强地区的1.4倍。

更为关键的是，这里没有日夜之分，只要太空设备与地球同步旋转，就如同向日葵一样，始终面向太阳，因此，可以24小时不间断的发电，同样功能和面积的太阳能板，在这里发电量是地面的8-10倍左右。

如果按照龙院士的方案，1公里宽的环带，地球同步轨道周长约26.5万公里，其总面积将达到26.5万平方公里，这个面积相当于2.6个韩国。

如果按照目前太空太阳能板的能量转换率来算，其发电量可以达到3.8×10^16千瓦时，很多人对这个数字没有概念。

如果按照三峡的发电量来算，这个一年发电量，是三峡电站发电量的38万倍，而如果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。而以目前人类一年的用电需求，可供人类使用200年。

那么如此诱人的“太空三峡”项目，为何迟迟没有启动，目前有哪些技术难点呢？

目前，想要实现“太空三峡”工程，还有三个方面迫切需要解决，这三个方面涉及到太空运输、材料结构，以及电力传输。

实际上，太空电站最早的概念可以追溯到1968年，当时由物理学家彼得·格拉赛首次提出，然而，这一设想受制于当时的技术以及高昂的成本，只能停留在理论阶段。

1968年正处于美苏太空竞赛如火如荼的时期，当时阿波罗11号还未登月，两国虽然有能力把探测器发射到地球同步轨道上，但是以当时的火箭技术，不仅成功率偏低，而且成本极其高昂，这一设想也不太现实。

然而，随着科学技术不断进步，特别是随着可回收火箭的成功运用，让以往价格极其高昂的太空运输，成本大大降低。

01.运输成本

根据现有资料显示，从1970年-2000年里，运送一公斤物体到太空的成本大约是1.85万美元，而如今，随着可回收火箭技术成熟，这个成本被大大降低下来，目前SpaceX公布的资料显示，发送1公斤物体到太空的成本仅200美元。

如今，随着太空运输成本大大降低，让太空三峡工程的可能性大大增加了。

除去太空运输成本外，另外一个就是太阳能板的材料问题了，以目前传统的太空太阳能板的重量计算，每平方米的重量大约是3公斤，而建成太空三峡的面积是26.5平方公里。

根据已知的数据，可以推算出其总质量为：265000×100000×3÷1000=795000000吨，也就是7.95亿吨，将近8亿吨的重量了，是目前人类太空最昂贵建筑，也就是太空空间站（420吨）的18万倍之多。

无论如何，这个重量还是太大，即便如今的太空运输成本大大降低了，但是运送接近8亿吨的货物前往太空，成本依然极其高昂，达到了20万亿美元，这个成本依然让人望而退步。

02.材料进步

但是，随着科学技术的进步，新的太空材料也在不断被发明出来，2022年，中国航天科技集团就曾展示过“太空纺织”技术，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。那么其重量就是0.1公斤/平方米左右。

这个重量是原来的太空太阳能板的30分之一左右，那么其整体成本将是6000多亿，不到7000亿美元，而美国最近宣布了一个“星际之门计划”的投入，就高达5000亿美元，也就是说运输成本比星际之门计划高1/4左右的情况下，就可以完成了人类历史上最伟大的创举了。

以如今的运输成本，以及材料的进步，完成太空三峡计划，已经不仅仅是设想了，而是有操作空间的现实计划了。

如果仅仅是解决太空运输，以及材料问题，想要实现太空三峡计划依然有个难关，那就是电力是在36000公里的高空产生，如何运输到地面上来的呢？

03.电力传输

如果依靠线缆进行电力运输的话，那么就要构建一条从太空延伸到地面，长度为36000公里的电缆，这么长的电缆，依目前的科学技术水平来说，制造起来并不困难。

困难的是在太空中没有锚点来固定这根线缆，即便线缆被固定住了，但是受到地球引力、风力以及其他不可预测的因素，这根太空电缆显得非常脆弱，因此，想要依靠太空电缆进行电力传输，显然不太现实。

但是，随着科学技术的进步，人类找到了不依靠电缆，就可以进行电力传输的技术，这项技术就是“无线电力传输”。

其原理就是使用微波进行电力传输，2023年，日本三菱重工成功实现了5.8GHz微波千米级无线输电，效率达到了90%。

但是这项技术延伸到36000公里，目前的技术方案，显然距离太短了，无法实现把电力从地球同步轨道运输到地面上，因此，需要解决微波束发散的问题，中国工程院提出了解决这个方案的计划，那就是构建“相位阵列天线群”，通过数万个小天线协同工作，将微波束聚焦在一个直径为5公里的接收站，那么就可以接收到来自太空的电力了。

但是，这同样面临着一个巨大的挑战，那就是微波束的安全问题，如果微波束传输方向出现偏差的话，那么其携带的能量，对地面任何生物来说，都是异常巨大的灾难，因此，微波束的安全值需要控制在百万分之一的误差内，才能开始实施这个计划。

除了以上这三个方面的挑战外，想要实现太空三峡计划，还需要建立一个防护系统，以应对太空垃圾碎片对太阳能板的撞击。

以目前中国的实力，只要再过5年时间，中国是有能力独立完成这个太空三峡计划的，发射能力方面，2030年中国长征九号重型火箭就可以进行首飞，其近地轨道运载能力将达到150吨，足够将大型设备运送到太空进行组装。

另外，中国已在重庆璧山建造全球首个空间太阳能电站实验基地，计划2028年实现10千瓦级微波输电。

另外，中国电力全球领先，特别是特高压输电技术全球领先，这为太空能源接收做好地面网络支撑。

从这个方面来说，实现太空三峡计划，中国已经具备了一切“硬性条件”，而在“软性条件”方面，还需要协调，这是因为，这样一个庞大的太空工程项目，涉及到太空资源的开发，因为太空资源是全体人类共同的资源。这就需要全球各国共同制定一个开发公约，便于开发太空资源。

这也是龙院士最终所言：“这不是某个国家的独奏，而是全人类的交响曲”。只是不知道，漂亮国是否会在这件对全人类都有益的太空三峡工程上，从中作梗。

你认为美国会让我们顺利的开展“太空三峡”计划吗？他们能够阻挡吗？能够阻挡得住吗？