太空太陽能曆史性突破,順利從太空發送電力到地表!

太空太阳能历史性突破,顺利从太空发送电力到地表!

發布日期:

科技 Tech


要点:
一直以来研究人员的一个梦想就是,通过安装在太空的太阳能面板阵列发电,再将能源传输到地球的任何一个角落。只是问题不在于怎么把太阳能设备发射到太空接收光照,而是怎么把电能传回地球,毕竟在几百千米高的太空中不能拉个电线。

科技正以前所未有的速度和规模发展,引发多个领域的变革,塑造了新的商业模式,甚至重塑了全新社会结构。我们一起,从科技创新中洞察社会转型和升级的机遇。

狂呼科技研究所聚焦科技创新对当今世界的影响,以独特、前瞻的科技视角,洞察科技时代下涌现的“创新革命”。

狂呼,以最具突破性的技术塑造我们的未来,为大众捕捉科技商业先机,探索当今人类社会面临的重大挑战。

联系我们// 相关文章

太空太阳能发电站的想法自1941年以来就一直存在。科幻作家艾萨克·阿西莫夫首先在短篇小说“理性”中描写了它们。在故事中,他写了一个空间站,该空间站利用微波束将从太阳收集的能量传输到各个行星。 20世纪70年代有许多概念设计,但当时被认为在经济上不可行。

基本概念涉及一个带有太阳能电池阵列的空间站,将太阳能转化为电能。然后它会使用微波发射器或激光发射器将能量传输到地球上的收集器。英国与日本、中国、俄罗斯和美国一直追求太空发电这一梦想。 2008年,日本将太空太阳能作为国家目标。

基于环境保护和化石能源消耗问题,目前人类正在快速推进清洁能源的发展,太阳能发电就是被广泛利用的技术之一。只不过在地球上安装太阳能发电设备容易受到环境的干扰导致效率降低,比如角度和天气问题等。

首先只有在设备所在地的白天才能接收太阳光发电,其次如果是阴雨天云层比较厚的话,太阳光线会被遮挡也会影响发电效率。如果能像航天器那样将太阳能面板发射到太空,那就不用考虑环境问题了,甚至还可以做到一直面向太阳持续发电。

一直以来研究人员的一个梦想就是,通过安装在太空的太阳能面板阵列发电,再将能源传输到地球的任何一个角落。只是问题不在于怎么把太阳能设备发射到太空接收光照,而是怎么把电能传回地球,毕竟在几百千米高的太空中不能拉个电线。但这一梦想,在2023年6月被加州理工学院证实是可行的。

美国加州理工学院的“太阳能收集器”2023年初跟随SpaceX 的“猎鹰9 号”火箭升空,如今太空太阳能原型已经开始运作,证明能在太空中无线传输电力,而且还可以向地球发射足以探测到的电力。

加州理工学院的太空太阳能计画/Space Solar Power Project,简称SSPP旨在善加利用太空中的干净能源,轨道太阳能装置基本上可以24小时全年无休收集阳光,不用考量到任何天气条件跟日夜,因此理论上来说,太空太阳能潜力每平方公尺是地球上的8倍。

经过几个月的调试后,研究团队成功从原型设备中获得了电力,其方法是利用微波将原型设备发出的电传回地球。研究人员在加州理工搭建了一个微波接收器矩阵,每个微波接收器只有约1英寸大,矩阵则部署了一大堆接收器。接收器矩阵将原型设备从太空中发出的微波收集并转换为直流电,最终成功点亮了功率极低的LED灯。

只能电量几颗LED也可以看出来目前设备的效率非常低,但毕竟只是原型机,只要验证这个思路是可行的那就足够了,这样随着研究的推进可能可以找到大幅度提高传输效率的新方法。在太空中没有云层遮挡,也可以通过技术手段让航天器7x24小时不间断发电并传回地球,太阳能量取之不尽,如果能大规模利用的话,人类甚至都可以解决能源问题。

不过这一切都不便宜,毕竟要把太阳能板发射到太空,均化成本/LCoE落在每度电1至2美元之间,几乎是美国零售电价的6倍。而加州理工学院今年1 月初将原型空间太阳能演示器/Space Solar Power Demonstrator,简称SSPD送入轨道中,50公斤重的原型机由三大项研究组成,包括:

DOLCE -可部署在轨道的超轻型复合材料/Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment,为1.8×1.8公尺的方形结构,展示模组化太空航行器Spacecraft的架构、封装跟部署机制,试验可以在轨道上的结构。

ALBA -则带着32种不同的太阳能电池,可以确定哪种太阳能电池适合在太空环境中存活。

MAPLE -用在功率传输低轨道实验的微波阵列/Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment则是一组灵活的轻型微波功率发射器,可将功率选择性地集中在两个不同的接收器上,展示太空中远距离的无线电力传输。

SSPP联合主任兼电机工程和医学工程教授Ali Hajimiri表示,至今的实验显示,MAPLE可以成功将电力传送到太空中的接收器,透过编辑阵列程序还可以将电力输向地球,我们已经在加州理工学院检测到。

MAPLE有两个独立的接收器阵列,距离发射器约1英尺,主要用来接收能量并转换为直流电电点亮一对LED。目前MAPLE实验就在太空中试图单独点亮每个LED,并来回切换测试,且该实验也不是密封环境,也能考验是否能撑过太空恶劣环境,包括宽温度波动和太阳辐射。

Hajimiri指出,就我们所知,即使使用昂贵的刚性结构,也没有人在太空中展示过无线能量传输,如今我们正在透过灵活的轻质结构、自己开发的积体电路来首次实现。

MAPLE设备还包括一个小小窗口,主要透过它来发射能量。团队在加州理工学院帕萨迪纳校区高登和贝蒂摩尔工程实验室的屋顶上接收器检测到的,团队在预期的时间和频率上接受到讯号,根据从轨道的行程具有正确的频移。

除了证明发射器能幸存并保有性能,该实验还有回馈机制,其中电力传输天线16个为一组,每个再由柔性积体电路晶片驱动,Hajimiri团队正以小规模的干扰模式和测量各组合之间的差异,来评估系统内单一元件的性能,需要整理不规则现象、还要追溯到各个单元,可能需要长达六个月的时间才能完全完成。

科技正以前所未有的速度和规模发展,引发多个领域的变革,塑造了新的商业模式,甚至重塑了全新社会结构。我们一起,从科技创新中洞察社会转型和升级的机遇。

狂呼科技研究所聚焦科技创新对当今世界的影响,以独特、前瞻的科技视角,洞察科技时代下涌现的“创新革命”。

狂呼,以最具突破性的技术塑造我们的未来,为大众捕捉科技商业先机,探索当今人类社会面临的重大挑战。

联系我们// 相关文章


返回博客
1 / 8
  • AI與量子計算:誰將引領未來科技?

    AI与量子计算:谁将引领未来科技?

    多年来,科技公司多年投入数十亿美元于量子计算机,寄希望于它们能在金融、药物研发、物流等多个领域带来颠覆性变革,尤其是在物理和化学领域,这种期待更为强烈,因为量子力学的独特效应在这些领域中发挥着重要作用。

    AI与量子计算:谁将引领未来科技?

    多年来,科技公司多年投入数十亿美元于量子计算机,寄希望于它们能在金融、药物研发、物流等多个领域带来颠覆性变革,尤其是在物理和化学领域,这种期待更为强烈,因为量子力学的独特效应在这些领域中发挥着重要作用。

  • 金剛石晶片的崛起,或引發全球AI半導體競爭新角逐

    金刚石晶片的崛起,或引发全球AI半导体竞争新角逐

    全球各国都在积极加快金刚石在半导体领域的研发步伐,并将其视为未来科技创新的关键材料。从高效能晶片散热解决方案到量子计算和光电应用,金刚石的潜力被各大研究机构和企业广泛看好。

    金刚石晶片的崛起,或引发全球AI半导体竞争新角逐

    全球各国都在积极加快金刚石在半导体领域的研发步伐,并将其视为未来科技创新的关键材料。从高效能晶片散热解决方案到量子计算和光电应用,金刚石的潜力被各大研究机构和企业广泛看好。

  • “微塑膠”成科學界關注焦點,或對人體健康造成潛在威脅

    “微塑胶”成科学界关注焦点,或对人体健康造成潜在威胁

    许多工业生产过程中,尤其是涉及塑胶制造、加工和拆卸的行业,都会产生大量的塑胶废料。这些废料往往被不当处置或遗弃,经过时间的推移,这些废弃塑胶在风力、雨水等自然条件下分解成微塑胶颗粒,进入土壤和水体。

    “微塑胶”成科学界关注焦点,或对人体健康造成潜在威胁

    许多工业生产过程中,尤其是涉及塑胶制造、加工和拆卸的行业,都会产生大量的塑胶废料。这些废料往往被不当处置或遗弃,经过时间的推移,这些废弃塑胶在风力、雨水等自然条件下分解成微塑胶颗粒,进入土壤和水体。

  • 古羅馬混凝土的“耐用秘密”

    古罗马混凝土的“耐用秘密”

    古罗马人以其卓越的建筑和工程技术而闻名。公元128年建成的万神殿/Pantheon是古罗马的一座杰出建筑,拥有世界上最大的无钢筋混凝土圆顶,至今依然完好如初。而与此形成鲜明对比的是,许多现代混凝土结构在短短几十年内就出现了损坏。

    古罗马混凝土的“耐用秘密”

    古罗马人以其卓越的建筑和工程技术而闻名。公元128年建成的万神殿/Pantheon是古罗马的一座杰出建筑,拥有世界上最大的无钢筋混凝土圆顶,至今依然完好如初。而与此形成鲜明对比的是,许多现代混凝土结构在短短几十年内就出现了损坏。

1 / 4
  • “AI虛擬伴侶”導致14歲美國少年自殺,人工智能時代背後的情感孤獨

    “AI虚拟伴侣”导致14岁美国少年自杀,人工智能时代背后的情感孤独

    “我想念你,妹妹。”、“我也想念你,亲爱的哥哥。” 这段对话发生在14岁塞维尔/Sewell Setzer生命的最后一天。在与AI初创公司Character.AI的聊天机器人进行长时间对话后,他在2月28日选择结束自己的生命,开枪自杀身亡。

    “AI虚拟伴侣”导致14岁美国少年自杀,人工智能时代背后的情感孤独

    “我想念你,妹妹。”、“我也想念你,亲爱的哥哥。” 这段对话发生在14岁塞维尔/Sewell Setzer生命的最后一天。在与AI初创公司Character.AI的聊天机器人进行长时间对话后,他在2月28日选择结束自己的生命,开枪自杀身亡。

  • 网络成瘾,沉迷直播間:當今快節奏生活的快感與陷阱?

    网络成瘾,沉迷直播间:当今快节奏生活的快感与陷阱?

    繁忙的社会中,身边的人虽然众多,但真正理解和倾诉的却少之又少。在虚拟中,人们通过短暂的直播互动获得了一时的快乐,然而这并不能真正填补心灵深处的空白。最终,直播所提供的陪伴,无法替代那种深入的、持久的人际关系。

    网络成瘾,沉迷直播间:当今快节奏生活的快感与陷阱?

    繁忙的社会中,身边的人虽然众多,但真正理解和倾诉的却少之又少。在虚拟中,人们通过短暂的直播互动获得了一时的快乐,然而这并不能真正填补心灵深处的空白。最终,直播所提供的陪伴,无法替代那种深入的、持久的人际关系。

  • 從Mr. Beast的崛起到三只羊的隕落:超級網紅為博眼球的背后

    从Mr. Beast的崛起到三只羊的陨落:超级网红为博眼球的背后

    网红文化已经成为一种不可忽视的社会现象和经济力量。随着发展,一些拥有数百万甚至千万人气的超级网红,为了追求流量和关注度,忽视了内容质量和创作者的道德底线,导致劣迹网红频频出现,给整个行业带来了显著的负面影响。

    从Mr. Beast的崛起到三只羊的陨落:超级网红为博眼球的背后

    网红文化已经成为一种不可忽视的社会现象和经济力量。随着发展,一些拥有数百万甚至千万人气的超级网红,为了追求流量和关注度,忽视了内容质量和创作者的道德底线,导致劣迹网红频频出现,给整个行业带来了显著的负面影响。

  • 酒店暗藏攝像頭,偷拍黑色產業鏈

    酒店暗藏摄像头,偷拍黑色产业链

    酒店和民宿频繁发生暗藏摄像头的事件,使我们不得不深思:偷拍背后究竟蕴藏着怎样的利益链条?这些偷拍行为不仅严重侵犯了个人隐私,也对社会的道德标准提出了挑战。这一现象的蔓延,迫使人们对行业监管和法律法规的有效性产生质疑。

    酒店暗藏摄像头,偷拍黑色产业链

    酒店和民宿频繁发生暗藏摄像头的事件,使我们不得不深思:偷拍背后究竟蕴藏着怎样的利益链条?这些偷拍行为不仅严重侵犯了个人隐私,也对社会的道德标准提出了挑战。这一现象的蔓延,迫使人们对行业监管和法律法规的有效性产生质疑。

1 / 4
  • 在變革中的抉擇:當今大環境下如何實現職業規劃與人生價值?

    在变革中的抉择:当今大环境下如何实现职业规划与人生价值?

    随着时代的变迁,人生价值的内涵也变得更加多样化和个性化。每个人对于“成功”和“幸福”的理解不同,有些人追求的是即时的快乐和成就感,而有些人则看重长期的进步和自我超越。

    在变革中的抉择:当今大环境下如何实现职业规划与人生价值?

    随着时代的变迁,人生价值的内涵也变得更加多样化和个性化。每个人对于“成功”和“幸福”的理解不同,有些人追求的是即时的快乐和成就感,而有些人则看重长期的进步和自我超越。

  • 再見愛人:探索現代婚姻中的情感困境

    再见爱人:探索现代婚姻中的情感困境

    芒果TV婚姻纪实观察节目“再见爱人4”邀请黄圣依、杨子,麦琳、李行亮,葛夕、刘爽三对情感关系10年以上的夫妻,以“婚姻纪实观察”为切口,呈现出不同婚姻样本在亲密关系中的挣扎与甜蜜、桎梏与觉醒。

    再见爱人:探索现代婚姻中的情感困境

    芒果TV婚姻纪实观察节目“再见爱人4”邀请黄圣依、杨子,麦琳、李行亮,葛夕、刘爽三对情感关系10年以上的夫妻,以“婚姻纪实观察”为切口,呈现出不同婚姻样本在亲密关系中的挣扎与甜蜜、桎梏与觉醒。

  • 抖音短劇新風潮:中老年人成為新的增長點?

    抖音短剧新风潮:中老年人成为新的增长点?

    近日,不少以老年人为主角的抖音短剧“闪婚五十岁”、“金榜题名之母凭子贵”、“人到五十,闪婚霸总”等等登上热度榜单。老年人的婚姻、情感以及生活故事,成了当下短剧创作的“新流量密码”。

    抖音短剧新风潮:中老年人成为新的增长点?

    近日,不少以老年人为主角的抖音短剧“闪婚五十岁”、“金榜题名之母凭子贵”、“人到五十,闪婚霸总”等等登上热度榜单。老年人的婚姻、情感以及生活故事,成了当下短剧创作的“新流量密码”。

  • 京東楊笠事件背后:愚昧的社會何去何從?

    京东杨笠事件背后:愚昧的社会何去何从?

    临近双十一,没想到第一场公关战就炸在了京东身上。而更万万没想到的是,翻车的点不是价格,也不是带货主播,而是更尖锐更为敏感的“男女性别”话题,还把脱口秀演员杨笠推向了风口浪尖。

    京东杨笠事件背后:愚昧的社会何去何从?

    临近双十一,没想到第一场公关战就炸在了京东身上。而更万万没想到的是,翻车的点不是价格,也不是带货主播,而是更尖锐更为敏感的“男女性别”话题,还把脱口秀演员杨笠推向了风口浪尖。

1 / 4