向清潔能源過渡勢在必行，歐洲緻力于到 2050 年實作淨零排放。但僅僅依靠現有的可再生能源是行不通的。供應的間歇性、土地使用的壓力、可擴充性和有毒廢物限制了這些解決方案的推出速度和效率。
但還是有希望的。歐洲航天局（ESA）一直在探索一種新的技術解決方案，可以克服所有這些挑戰：太陽能從太空無線傳輸到地球 - 也稱為天基太陽能（SBSP）。
雖然這看起來像科幻小說，但這個概念比聽起來更容易實作。太陽是持續可用的，取之不盡用之不竭的，并且是可持續的。與依賴天氣的地面太陽能解決方案相比，從地球上空利用其電力将更有效。事實上，大氣層頂部的陽光平均強度是地球表面的十倍以上。
問題是我們如何管理這個問題？
歐空局對SBSP的願景是什麼？
據該機構稱，歐洲可以利用其在建造和發射通信衛星方面的專業知識來開發和擴大太陽能發電量。
一旦完成，這些衛星将每周7天，每天24小時收集太陽能量的全部能量，并将其無線傳輸到地球的接收站。然後，這些會将其轉化為電能并将其饋送到電網。
太陽能衛星将把太陽的能量發射到地球。圖檔來源：歐空局
但這不是一件容易的事，是以歐空局建立了Solaris，這是一個準備計劃，将幫助歐洲在2025年就太空太陽能的潛在全面發展做出最終決定。
該計劃與歐洲工業界合作，專注于研究和技術發展。其目的是完善技術可行性，并評估SBSP作為地球能源脫碳貢獻者的優勢、實施方案、商業機會和風險。
挑戰、優勢和可行性
根據歐空局的說法，天基太陽能将需要新技術的發展，但它總體上是基于現有的技術原理和已知的實體學。
為完成太陽能衛星而送往太空的結構規模很大，而且需要大量的發射，這也不再是一個令人望而卻步的因素。在過去十年中，發射和空間硬體開發成本的大幅降低使這種建設在經濟上可行，特别是因為最終結果将是持續可用的清潔能源。
從潛在利益的角度來看，一顆計劃規模的太陽能衛星将産生約2GW的電力。這相當于一個傳統的核電站，能夠為超過一百萬個家庭供電。相比之下，地球表面需要超過600萬塊太陽能電池闆才能産生相同數量的能量。
設想的SBSP系統概述。圖檔來源：歐空局
為了評估天基太陽能的可行性和潛力，歐空局于2022年初委托英國的Frazer-Nash和德國的羅蘭貝格進行了兩項獨立的成本與收益研究。
考慮到未來的市場需求和技術預測，這些研究得出的結論是，當大規模部署時，天基太陽能将為歐洲提供巨大的環境、經濟和戰略效益。
具體來說，到2040年，SBSP可以通過兩種不同的方式為歐洲家庭和企業提供可持續且價格具有競争力的電力。
首先，作為一種基于負載的電源，SBSP可以與等效的化石燃料來源（核能、碳和具有碳捕獲技術的天然氣）進行比較，它最終可以取代這些能源，進而最大限度地減少其對環境的影響。
其次，它可以補充現有的可再生能源（如太陽能光伏和風能），即使它們擴充到2025年實作淨零排放所需的水準，仍需要基本負荷電力的部分支援。将天基太陽能添加到可再生能源組合中不僅有助于為電網提供穩定性和可靠性，而且還可以減少對大規模存儲解決方案的需求。
基于地球的太陽能與基于太空的太陽能。圖檔來源：歐空局
盡管如此，這些研究表明，需要大量具有挑戰性的技術發展來增加在太空中收集千兆瓦電力并将其高效安全地輸送回地球的可行性。
正在開發哪些技術？
作為Solaris計劃的一部分，歐空局已召集歐洲科技行業測試實施天基太陽能所需的各種技術發展的可行性。
鑒于SBSP是一個非常跨學科的領域，是以有各種各樣的關注點，從光伏陣列和太陽能電池的改進，到先進的推進系統。
為了了解更多資訊，我們采訪了參與該項目的兩家公司：總部位于比利時的 Space Applications Services 和總部位于瑞士的 Astrostrom。
硬體的機器人組裝
比利時空間應用服務處正在研究SBSP站的空間組裝。
“與人類投入太空的任何東西相比，SBSP系統通常[非常大]，跨度為數公裡，而在太空中組裝的最大系統”不比足球場大“，未來項目和探索團隊負責人Diego Urbina告訴TNW。
由于不可能一次性發射所有部件，是以需要在太空中組裝。
“Skybeam是一個項目，我們正在研究和模拟使用ESA MIRROR項目（最初用于組裝望遠鏡）中開發的多臂機器人，或者實際上，數十或數百個機器人協同工作以建造大型站，”Urbina解釋說。
這個想法是，航天器将把多個多臂機器人運送到空間站的初始階段，然後分别傳遞剩餘的空間站子產品。然後，這些機器人将一個接一個地抓取和定位子產品，直到工作站完成。
機器人和空間站都将擁有該公司專有的HOTDOCKS技術，這是一種能夠組裝子產品化航天器的配接接口。
HOTDOCK 配接接口。圖檔來源：空間應用服務
根據 Urbina 的說法，其目的是“通過這種子產品化促進組裝、維修和操作”。
月球太陽能發電站
瑞士的Astrostrom正在尋求另一種利用太空太陽能量的方法：月球。
“我們的建議是在月球上安裝工業能力，主要使用月球材料建造太陽能衛星，并在軌道上以機器人方式組裝這些衛星，而不是在地球上建造大型（太陽能）衛星，這些衛星必須高效且昂貴，并以高昂的成本從地球表面發射它們，”亞瑟·伍茲（Arthur Woods）說。 該公司的首席執行官告訴TNW。
最初的目标是為月球作業提供電力，一旦證明成功，就可以擴大這些作業的規模，以建造太陽能衛星（SPS），為地球提供能源供應。
“雖然這聽起來像是遙遠的未來，但一旦做出承諾，從地球或月球開發SBSP的路線圖和時間架構将大緻相同。事實上，這種發展可以并行進行，“伍茲指出。
Astrostrom的首席執行官解釋說，所謂的GE⊕月球發電站（GE⊕-LPS）需要開發各種技術。首先，需要在月球上制造太陽能發電站的元件：光伏（PV）和結構元件。
由于月球環境不允許生産與地球上相同的高效光伏發電，該公司正在研究可以适應的更簡單的光伏生産工藝。
月球風化層還需要開采和加工，以提供PV所需的成分和所需的結構元件。
根據伍茲的說法，“這必須是一個高度自動化的過程，而不是可以通過來自地球的遠端操作來控制或監督，并且隻需要在月球上進行故障排除和一些維護。一旦操作達到批量生産水準，自動化系統應連續輸出元件以運輸到月球軌道。
GE⊕-LPS在月球軌道上的組裝。圖檔來源：Astrostrom
然後，需要一個強大的運輸系統來将衛星轉移到月球軌道進行組裝或地球軌道進行電力輸送。 編譯 陳講運
Astrostrom希望避免使用發射火箭 - 這将需要月球上的大型設施從稀缺的月球水資源中生産火箭燃料 - 并且正在研究使用月球太空電梯（LSE），該電梯可以使用現有材料開發，并與現有發射系統一起部署。
“LSE将是一條100,000-200,000公裡的電纜，從月球表面延伸到地球，有效載荷将通過電力傳輸。是以，倫敦政治經濟學院将成為一個非常有價值的空間基礎設施項目，可以促進順月空間地區的進一步經濟發展，“伍茲解釋說。
SBSP的實施将如何使整個歐洲受益？
Solaris可以啟動一個新的歐洲空間能源産業，這将為太空和地球上的創新和經濟增長提供巨大的機會。
根據歐空局的說法，拟議的技術發展具有許多跨應用的好處和用例。例如，機器人制造和裝配技術可以應用于各種大型航天器子系統的在軌生産，這可以改善電信和對地觀測。
無線電力傳輸技術（WPT）的發展可能有助于刺激地面WPT市場，或使用WPT進行月球或火星探測活動。努力實作SBSP還可以産生高效太陽能電池和增強的光伏和電力轉換系統。
最終，天基太陽能的制造和維護有可能産生一個商業市場，通過幫助公司進入這個新興的空間技術發展領域，使歐洲企業和學術界受益。
“SBSP的一些元素仍處于非常早期的階段，是以需要學術研究。同時，有些需要初創公司的獨創性，有些需要航天公司的良好經驗，有些需要非航天公司（如能源部門）的外部視角和專業知識，有些需要大型系統內建商可以提供的系統級概述，“歐空局進階制造工程師Advenit Makaya說。
但是，最重要的是，SBSP可能是我們滿足社會能源需求和拯救地球所需的解決方案。
“歐洲有需求、技術訣竅和财力成為這一領域的上司者，”伍茲說。如果歐洲确實推進了這個項目，它将確定其在國際競争中尋求可擴充的清潔能源解決方案以緩解氣候變化的戰略地位。
随着國際競争的升溫——美國、中國、日本、南韓和俄羅斯等國家也在追求這項技術——歐空局呼籲進一步投資于技術研發。
SBSP的未來将在2025年決定，在此之前，Solaris項目将有望确定歐洲航天工業、科技部門和學術界是否能夠充分利用太陽的力量來幫助拯救我們的星球。