中国要建空间太阳能电站，美国为何用太空军的

因二氧化碳超量排放造成的全球气候变暖是人类共同面对的一个难题，世界大国都在想办法利用水力发电、风能、太阳能等清洁能源来代替传统的燃煤、燃油发电，其中太阳能是相对比较普及的一项新能源技术。

太阳能发电受光照天气影响

太阳能发电有一个缺点：它会受到光照条件的影响而变得不稳定。乌云飘过、阴雨天时发电都会打折扣，夜晚几个小时没太阳更是彻底歇菜。于是有人将目光转向太空：在大气层之上没有云雨，可以始终照射到太阳，阳光也比在地面要强烈许多，我们能不能把太阳能电板搬到太空，再将产生的电能传输回地面呢？

天基太阳能发电是一个好主意。实际上早在1941年，艾萨克·阿西莫夫就在他的科幻小说《理性》中提出在太空发电、再用微波束将能量输送到行星的构想。上世纪70年代初，NASA开始研究天基太阳能并获得微波能量传输的专利，但由于这东西说起来容易做起来难，后来几十年间都不了了之。

天基太阳能发电设想

由于没有大气层阻挡，太空中的光照条件很好，近地轨道每平方米每秒钟接收到的太阳能量大约为340瓦，而到了地面之后则只有约263瓦。如果不考虑电池本身的衰减，看起来在太空发电的效率会更高。但是将这个太空发电站放在哪里却成了问题：如果选择地球同步轨道，距离地面3.6万公里，能量传输会大打折扣；而要是放在距离地面几百公里的太阳同步轨道，由于卫星一个多小时就会绕地球转一圈，并且地球也在不停自转，你就不可能向一个地方稳定传输能量。

卫星的轨道用来发电都不完美

你可能会问：太空发出来的电，怎么传输到地面呢？拖一根电线当然不可能，我们需要用无线传输的方式来输送能量。

激光会因热光晕现象而发散

激光能够通过很细的光速瞬间传输强大能量，但是激光会被大气层100%吸收，还没射到地面就消耗完了。还记得“局座”张召忠讲的“雾霾防激光”吗？那不是段子，其实根本不需要雾霾，强激光会加热空气分子，产生“热光晕”现象，然后激光能量就被扩散开来，最后化为乌有。美国曾经将一架波音747飞机改成激光武器（YAL-1A），想用它来摧毁导弹，后来发现1000千瓦的激光根本打不了多远，几十公里之外就变成大号手电筒了，8年之后YAL-1A宣布失败，飞机被拆解。

YAL-1A被拆解

相比之下，我们微波炉里的微波就是个好东西，由于波长比较长，它几乎不会被大气层吸收，并且95%以上都能转换回电能。微波的方向性比较好，能用于比较远距离的通信，如果把功率加大，就可以进行能量传输。

大气层对微波几乎透明

但是微波并不完美，作为一种电磁波，微波也会有衍射现象，并且距离越远发散得越厉害。科学家经过计算，为了使地面接收的功率水平达到750兆瓦，你需要在天上设置一个直径1公里的发射天线、发射2.45GHz的微波波束，而地面接收天线的直径达到10公里！要知道，我们如果在地面直径10公里范围内铺上太阳能电板，白天就很容易超过兆瓦，相比之下，搞天基太阳能发电简直是多此一举。

同样面积下，地面太阳能更划算

有朋友说，这还不容易，我们可以把功率密度加大，让微波能量更强，这样不就能缩小接收面积了？问题是，在几百上千公里之外要想让能量波束始终对准接收器是很难的，万一卫星通信信号被“黑客”入侵劫持，高能量的微波束就变成一柄达摩克利之剑，想杀谁就杀谁。所以前边能量的计算有一个条件：地面功率密度必须控制在1mW/cm2，也就是人类安全功率密度以下。超过这个值会对人体有伤害，更高的就成了微波武器。

太空微波武器有强大杀伤力

世界上有几个国家在研究天基太阳能和微波传输，其中数中美两家比较超前一些。但有意思的是，原本是一个新能源项目，美国负责实验的却是“太空军”，并且动用空军最先进的X-37B来充当实验平台，这到底唱的是哪一出？

文章来源：《太阳能学报》 网址: http://www.tynxbzz.cn/zonghexinwen/2022/0111/1714.html