日本瞄准太空太阳能发电

日本科学家再次关注一种远离地球的替代能源——从轨道上的卫星收集太阳能，并将其传回地球。

一颗基于太空的太阳能卫星——它可以收集能量，而不必担心云层或夜晚——几十年来一直是美国和日本的梦想。但开发它的成本意味着，多年来对它的支持时起时伏。然而，现在日本有了一种新的使命感。今年6月，中国发布了一项国家太空计划，呼吁“在太空太阳能发电方面领先世界”。本月早些时候，科学家、工程师和政策制定者在京都大学会面，制定发展计划。

无线电科学家、京都大学校长Hiroshi Matsumoto说，政府的承诺“绝对是一个里程碑，给太阳能卫星研究人员带来了极大的兴奋”。

研究人员希望在2030年之前推出一个全面的系统，但要想在经济上可行，成本需要大幅降低。

很少有人怀疑这个项目在技术上是可行的。这一众所周知的过程首先是用光伏电池收集太阳能，将能量转移到发射微波的天线上，然后用“整流天线”接收这些微波，将它们转化为电能。早在1975年，加州帕萨迪纳市喷气推进实验室的科学家们就通过微波将能量传输了1.54公里。去年5月，科学家们在夏威夷两个岛屿之间发射了148公里远的能量。

自20世纪80年代以来，日本一直在研究太阳能卫星。在1983年和1993年，松本，与神户大学的Nobuyuki Kaya合作，向电离层发射火箭，以研究微波在太空中旅行时发生了什么(H. Matsumoto无线电科学。公牛。273年,11-35;1995)。今年3月，京都大学的一个研究小组成为第一个利用微波将能量从空中传输到地面的人，他们用一架飞艇般的飞艇在离地面约30米的高空发射的微波给手机充电。

我有100%的信心。我们需要另一个稳定的电源。，

目前的扩大计划要求进行一系列测试，每次测试的电力传输能力都越来越大。首先，日本的目标是在千瓦范围内演示地面传输，然后使用日本在国际空间站或小卫星上的Kibo模块进行天基千瓦传输。到2020年，研究人员希望能有一颗传输功率在数百千瓦范围内的原型卫星，到2030年，能有一颗传输功率达到千兆瓦的卫星。按照目前的设想，将于2030年发射的系统将是一个2公里宽的太阳能电池阵列，在面向地球的一侧由10亿个发射天线阵列组成，每个天线直径为5-10厘米。

目标是每颗卫星造价在1万亿日元(110亿美元)以下;目前的价格是这个数字的100倍。京都大学的筱原直树(Naoki Shinohara)说:“这很令人兴奋，但还有很多问题需要克服。”他说，首先，传输效率必须提高到75%;飞艇实验只实现了40%的效率，尽管它使用的技术与卫星使用的技术不同。

火箭发射也需要削减到目前成本的百分之一;日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的佐佐木进(Susumu Sasaki)表示，他们正在考虑使用可重复使用的火箭等方案。在本月的会议上，东京大学的Kimiya Komurasaki讨论了远程微波源如何为火箭提供动力。这将减少他们需要携带的推进剂的数量，从理论上讲，这意味着用于建造太阳能卫星的火箭可以携带更多的天线和太阳能电池。

松本估计，在地面上演示太阳能卫星技术将花费20亿至30亿日元，在轨道上演示将花费100亿至500亿日元。

日本的太空计划要求“全日本”努力在三年内为太空示范做准备。由于许多领域的研究预算一直很紧张(参见自然杂志462,258-259;2009)，产业部和科学部已经将太阳能卫星相关项目的预算申请增加了一倍多，达到近14亿日元。JAXA已经要求将太空太阳能的预算增加一倍，从2.5亿日元增加到5亿日元。

Shinohara说:“我对这项技术有100%的信心。”与风能或基于地球的太阳能不同，太空中的太阳能卫星可以24小时收集能量，提供可靠的替代能源。“我们需要另一种稳定的能源，”他说。

美国国家航空航天局(NASA)太空太阳能项目的负责人约翰·曼金斯(John Mankins)说，由于对美国的兴趣已经减弱，日本很可能会引领这条道路。目前，美国的大部分努力都在私人公司或非营利组织中进行。今年4月，位于加州曼哈顿海滩的Solaren公司与总部位于旧金山的太平洋天然气和电力公司签署了一份合同，从2016年开始利用一颗太阳能卫星生产200兆瓦的能源。曼金斯是弗吉尼亚州阿什本管理能源技术公司的联合创始人之一，他认为这一目标“极具挑战性”。

他说，日本的努力可能会起到带头作用:“日本的计划制定得相当好。”