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?
柳心
这个项目我王多鱼资金不够。你们找别人吧。
为你而来、 回复 02-06 18:16
恒太可以
江渐月
[抠鼻]够呛,五十年之后再看看吧。
用户36xxx94 回复 02-03 19:25
想快点的去找横店,好莱坞。
用户10xxx31
还是把沙漠全铺上太阳能板子更合适更容易些![抠鼻]
吴亨利
吴京的下一部电影《烧烤地球》
朋友
机器狗,电动车一边跑一边充电要实现,牛逼
大英精神病院院长
还可以利用源源不断的电力顺便安装电磁炮,用来打太空垃圾和美国佬
用户10xxx40
又一个白日做梦的
道法自然
我12岁时读到科技出版社的一本书中介绍国外科学家有这个计划,我现在快退休了。
外星特使
还是在太平洋上建大坝发电现实点!
财喜增添
先把可控核聚变技术弄明白再考虑这种技术吧!
累了 回复 02-11 17:36
可控核聚变目前来说确实是最可靠的,一旦长时间稳定,就具备了开发月球的能力了。
西风
用微波传输电力,这种级别的功率,照到谁身上,恐怕能瞬间成灰。
百川栖梧
怎么输电回来?
波澜迭起 回复 02-03 17:34
要是万一某个零件坏了 导致偏了一点 正好照到某个政府机构 那可能会引起三站啊
用户18xxx81 回复 02-05 11:28
让作者用嘴扯回来
枫叶秋棠
能量环计划
用户10xxx65
还有那么大一个家伙在太空,如何躲避被其他太空物体撞击? 阻挡了太阳光会对地球有什么用影响
情葬乱坟岗
其他都不是问题,只有电力传问题,不知是用箩筐装还是用蛇皮袋装将电力带回来
野生的家猫 回复 02-03 13:42
用这位砖家的嘴巴装回来
用户10xxx65
还有那么大一个家伙在太空,如何躲避被其他太空物体撞击? 阻挡了太阳光会对地球有什么影响?
波波沙
[点赞][点赞][点赞]没有激情,将一事无成,长征如此,抗战如此,抗美反霸亦如此,太空三峡必成,英特钠雄尔必将实现!
用户10xxx40
做出来再说,丑国的一贯作风会设法抢占的。
A紅綠燈
装电池上去!充满就回收
用户11xxx57 回复 02-04 11:53
这还不如在地面发电[哭笑不得]
awp
为啥不一步到位把太阳绑回来
用户10xxx95 回复 02-04 20:50
不要说泄气话,也许咱们的科学家有办法呢!默默的祝福工程能顺利建成!
糖馅饼蜂蜜浆
传输怎么办,不可能是微波直达地面吧,烤人肉串是吧[呲牙笑][呲牙笑][呲牙笑][呲牙笑]
风轻云淡
听说这叫兽还发明了能“自己扯着自己的头发,把自己拉上月球”,还能骑着自行车登月,真的。
用户10xxx41
这种技术中国都有:通通纳入老百姓军民一体化经济应用。
用户10xxx63
知识伟大,宏伟,
秋香姐
砖家吃得太饱了![笑着哭]
昵称
用储能航天飞机,充满电回地面往返
南流 回复 02-04 09:10
弱弱问一句,航天飞机去一次36000公里太空,需要多少能源?充满电的储能设备,换算成航天飞机能源的话,够飞一次吗?以目前的储能技术,100度电的设备,也有上千斤了吧?飞机一次又能带回多少度电?就算飞机能一次带100吨储能设备,那又能装多少电?20万度?
昵称 回复 南流 02-04 11:29
航天飞机不用回来,直接到边缘空投就行
寂寞相随
这些都是鸡肋,现在要搞得就是脑电波接收发射解码,实现手机一样可以人人有线无线连接交换信息,手机变脑机,那样就知识信息传输效率翻万倍,不要花十年去读书,人人都是人才,虚伪和马屁不复存在,高效沟通,科技也将翻万倍,直接跨越一个时代
长刀出鞘
人类头顶上悬着的利剑从来都不能阻止欲望的膨胀。
野生的家猫
人类一思考,上帝就发笑。地面上的三峡,设计的时候说,让全中国人民用上廉价电,这都建成几十年了,老百姓的电费里还有三峡工程基金在收,把这火箭院士先送到太空独立生活两年再提建议
好多多
有那个钱还不如开发月球和和火星,有什么有价值矿产开发,建设永久基地, 什么时候小型星逛顾地球,砸下到地下要赔偿别人的,中国也不是十分缺电,要建太空发电站就证明,我们试验核聚变是不靠谱。
人间亚龙
同步轨道就那么多,基本上被各国卫星占完了,哪有位置放太阳能板
用户10xxx95
我们老百姓是外行,不好评论,只有默默地祝愿太空太阳能发电工程能够顺利实施,早日建成,造福人类!
菩提树
距离地面36000公里的地球同步轨道上没有昼夜之分?38万公里的非同步轨道上月球还经常被挡个把小时呢(月食),那么大个本影挡住,真不分昼夜?
DF一41a
美国会积极参与的。 否则他们就不属于人类。
john6078
就没了大气层过滤太阳光线幅射下,这太阳能板能撑多久?不说运输和维护成本了。
风车转
我不懂,当时我想到在地球上出这样的光电设备一样能发很多电。我比专家要聪明一点吗?
生活
少扯这些没用的
江湖行走
美国人要吓尿,平常民用,有战争把电力集中对准美国烧焦他。
爱拼才会赢
真的实现那就更让地球变热了,这个理念只是一个科学研究理念,即便是能实现也不可没实用
宇宙第一美难子
想起了刘慈欣的短篇小说《中国太阳》
用户10xxx65
太空版集束射线啊,这要用于军事,那不就等同于一个连发的超级电磁炮啊
用户10xxx14
会不会太阳能电池板挡住地球的某些地方光照了啊[得瑟]
用户10xxx12
地表温度会受影响
fishman
又一个煞笔,可以看出院士的水平,怎么当上去的
用户10xxx03
三万六千公里高的电能怎样输送到地面?
用户10xxx71
愚蠢
嘿嘿
有理想有目标就好,我支持![点赞]
苍穹之光
还不如修建一个宇宙骑士中的赤道环轨,到宇宙很方便。。😂
好多多
这就有钱去打水漂
谁知道答案
月亮正面覆盖
Jill and Jack
三十多年前的«宇宙骑士»中就有一个这样的星环。
winliam
让电表飞更快一些吧
人间正道不灭
不可能的,首先要那么多国家能同意中国在他们上空建这样的工程?
任九先生
问问空间站的电强不强就知道了
用户10xxx57
用电越来越贵了、发那么多电该降价吧?
翛翛物外
王多鱼说:等以后玩星际时代的时候再说吧
menggang59
发电量和石油有直接关系吗?
用户11xxx29
可控核聚变一旦民用,能源危机就解除了,这个梦就醒了
风輕雲淡
这种理论除了适合申请职称之外,豪无用处。
用户67xxx23
电输送不回地球也没有用啊
鱼1
感觉那不像是发电站,而是一种极具威力的太空武器——如果,这个发电站把如此巨量的电流射向地面,岂不是五雷轰顶、毁天灭地?
陈先生
与地球同步是始终面向太阳?