在地球上,人類要利用太陽能,主要使用太陽能電池板。但太陽能電池板受到夜間、天氣等因素限制,只能進行間歇性的發電,效率十分有限。
因此,早在半個世紀前,科學家就有在太空建立太陽能發電廠的想法。太空沒有夜晚,沒有大氣層遮擋,太陽能可達比較高得效率。
(資料圖片僅供參考)
當時,由于燃料危機和石油危機,美國宇航局開始考慮利用太空太陽能這個方案。但在那個年代,太陽能電池板想到達太空,必須通過搭載航天飛機,并由宇航員完成太陽能電池的組裝。
當時這種技術費用極高,僅組裝就需要花費大約1萬億美元。
現在,隨著空間運載技術和太陽能發電技術的發展,不少國家繼續研發這項技術用于地球清潔能源使用。最新研究表明,這類技術也可以用于月球,給月球基地供電。
更關鍵的是,太陽能電池板和相關材料,不需要在地球制造,在月球上就可以完成采礦、設備制造和組裝等一系列任務。然后再從月球送到太空站,費用大大降低。
這項技術來自于瑞士Astrostrom公司的一項研究,他們設計了一個大地球月球發電站,簡稱GE⊕-LPS。
這項技術作為歐洲航空局“清潔能源——太空太陽能新理念”開放空間創新平臺研究的一部分,未來的人類月球基地可以由GE⊕-LPS所產生的太陽能供電,滿足月球表面的所有需求,包括未來的載人基地所有的用電。
這項技術到底是如何實現的?
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材料來自月球,組裝不需要人力
以前,為人類月球基地提供穩定電力來源是一個重大挑戰。因為在月球上建置太陽能板也會受到日照影響,月球的日夜相當于地球上28天,晝、夜各為14個地球日。
所以,要解決月球基地的電力來源問題,也需要在太空中尋找解決方案。
此時,GE⊕-LPS技術則被認為可以為人類月球基地提供穩定可靠的電力。
該空間站總體造型酷似蝴蝶,也是其靈感來源。它的主架構是長達1平方公里的螺旋結構以提供結構支撐,上面覆蓋著具備天線的特殊V型黃鐵礦太陽能板。
來源:astrostrom
該空間站位于距離月球表面約61,350公里的地月拉格朗日點,這個位置是地球和月球運行之間的門戶,由于位置特殊,足以將23MW的微波功率傳送到月球表面的接收器,以滿足月球基地運行所需的能源。
另外,這個位置的空間站還可以充當具有人工重力能力的空間實驗室、深空任務的基地,甚至是一個具備吸引力的旅游目的地,為地月空間探索提供可能性。
更有趣的是,該設計中所有的材料都來自月球。比如,黃鐵礦太陽能電池的原材料可以在月球拿到,為在月球制作該設備提供了技術可行性。
團隊也聲稱,正在開發相關所需的技術,將允許使用太空機器人和遠程操作系統。這意味著,如果要制造該空間站的太陽能系統衛星,不用在地球上制造相關零組件,完全可以在太空自行組裝,降低勞動力成本。
另外,通過使用月球較低的重力發射該空間站的太陽能系統衛星,也將大大降低發射成本。
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還可以為地球服務
歐洲航天局SOLARIS研發計劃負責人桑杰表示:從地球表面向軌道發射大量GW級太陽能衛星,除了會有發射能力不足風險,還會造成嚴重大氣污染。未來一旦證明GE⊕-LPS的太陽能系統衛星的太空制造工藝和組裝概念,就能利用月球本地資源擴大規模生產更多太陽能衛星,不僅為月球基地提供電,也能為地球提供電。
另外,據介紹,它除了為地球提供足夠的清潔能源之外,這還將創造許多其他好處,包括開發地月運輸系統、月球和軌道上的采礦、加工和制造設施等。
更重要的是,通過研究發現,在月球上生產的太陽能衛星不僅比任何類似的地球上生產的太陽能衛星的成本更便宜,而且在供電方面,成本也更低。
目前,據專家介紹,GE⊕-LPS可能無需任何技術突破即可實現,因為月球表面采礦、選礦和制造作業的大多數核心技術已經在地球上使用或開發,將這些技術應用在GE⊕-LPS中,遠程操控月球表面的機器人進行工作,以模塊化形式提供并組裝。