如何解決人類社會不斷增長的能源需求？這個問題已成為國際社會關(guān)注的焦點。近日，根據(jù)美國五角大樓的一份報告，美國空軍有意建造世界上第一個空間太陽能系統(tǒng)。建立空間太陽能電站的構(gòu)想無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟方面都是可行的。
空間太陽能電站
隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，電力消耗日益增快，能源不足的矛盾相當突出。另一方面，過分使用煤和石油還可能導致地球自然環(huán)境被破環(huán);更大規(guī)模發(fā)展核電站又擔心會構(gòu)成對人類生命安全的威脅。于是，很多科學家不約而同地想到了太陽能。太陽所釋放的能量相當于當前全球所消耗能量的10萬億倍。太陽把輻射到宇宙空間能量的大約20億分之一穿過1.5億千米的路程投射到地球上。這能量相當于173萬億千瓦的功率，或者說，約等于每秒鐘把550噸原煤的能量輸送給地球，這是多么大的財富呀！但是，太陽能的散射面很寬，特別是經(jīng)過地球大氣層時，大部分能量被大氣層反射、散射或吸收掉了。在宇宙空間，由于光線不會被大氣減弱，也不會被大氣阻攔，可以直接受到太陽光的照射，因此如果在那里建造一個太陽能電站，應該是個非常好的主意。美國國家航天學會副主席馬克·霍普金斯說：“我們只需要開發(fā)其中一少部分，就足以應付我們當前和未來許多年的能源需求。”
最早提出太陽能衛(wèi)星計劃是在1968年，但據(jù)初步估計，這個項目需要投入1萬億美元左右，造價如此之高，很大程度是因為宇航員將必須留守在太空，建造相應設備。如今，機器人可完成這項工作，成本比之前降低了100倍。
過去10年間，日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）一直為本國的空間太陽能電站系統(tǒng)（SSPS）提供穩(wěn)定支持。目標是在2030年前向太空發(fā)射一顆對地靜止衛(wèi)星，這顆衛(wèi)星將為地球上50萬戶家庭提供10億瓦特電能。目前，日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)的研究人員將微波和激光看作是傳輸太陽能的可能選擇。如果是用聚焦光束傳輸大量太陽能，太空中的傳輸天線的直徑需達到2000米（約合1.2英里）左右，地球上也必須建造一條同等規(guī)模或規(guī)模更大的接收天線。另一選擇就是使用激光。日本科學家正致力于金屬合金板的研究，金屬合金板能夠吸收太陽光，并可直接將太陽光轉(zhuǎn)換為紅外線激光束。這一選擇的優(yōu)勢在于，激光所需的傳輸和接收設備是微波所需設備的十分之一。另外，激光不存在干擾通信衛(wèi)星的風險，使用微波卻存在這種問題。然而，激光不能像微波那樣可以闖過云層，所以說，如果使用激光，那么約半數(shù)的射束能量會在中途喪失。
總體看來，設想中的空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)基本上由3部分組成：太陽能發(fā)電裝置、空間微波或激光轉(zhuǎn)換發(fā)射裝置和地面接收轉(zhuǎn)換裝置。整個過程是一個太陽能、電能、微波或激光、電能的能量轉(zhuǎn)變過程。
太空具有重要的開發(fā)利用價值
空間具有取之不盡的戰(zhàn)略資源
目前，科學研究已經(jīng)知道，月球和其他行星上，存在著大量鐵、硅等資源?？茖W家對從月球上采回的樣品分析結(jié)果表明，月球表面的塵埃里含有大約4萬億噸鐵、55種礦物，其中6種是地球上從未發(fā)現(xiàn)的礦物。另據(jù)發(fā)現(xiàn)，月球表面還存在有儲量為100萬噸的氦-3物質(zhì)，氦-3是核聚變反應堆的理想原料。如果用氦-3取代核聚變中的氘，不僅能解決能源危機，還可以大大減少核污染。據(jù)稱，僅數(shù)十噸氦-3核聚變所產(chǎn)生的能量，就可以滿足全球21世紀所需要的全部電能。現(xiàn)在氦-3作為一種重要資源，已引起世界各國特別是一些發(fā)達國家的密切關(guān)注。人類進入地球軌道和外層空間后會發(fā)現(xiàn)，資源不僅僅是人們傳統(tǒng)意義上理解的礦藏，特殊的環(huán)境和條件也是人類可以利用的重要資源。高遠的空間高度位置資源、空間微重力環(huán)境、強宇宙粒子射線輻射和高真空環(huán)境，這些都有地面所不具備的極其寶貴的資源。
空間技術(shù)推動經(jīng)濟高速發(fā)展
開發(fā)利用空間拉動本國經(jīng)濟發(fā)展是當今世界各航天大國的普遍做法?？梢哉f，游弋于外太空的諸多航天器是經(jīng)濟發(fā)展的助推器。
如今，在地球軌道上共有3000多顆衛(wèi)星承擔著大量的國防和民用任務，其中50%均屬于商業(yè)性衛(wèi)星。密布空中的通信衛(wèi)星、導航定位衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、地球觀測衛(wèi)星、地球資源衛(wèi)星、科學實驗衛(wèi)星對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活起到了不可替代的作用。美國空間投資年均超過1000億美元。 在未來的5年，預計美國和世界其他航天大國的空間投資將達到5000億美元。在此期間，全球還將發(fā)射多顆衛(wèi)星，其中大多數(shù)為商業(yè)衛(wèi)星系統(tǒng)。為把握空間發(fā)展的黃金時期，全球有多家大公司正在研制、生產(chǎn)和經(jīng)營空間系統(tǒng)。美國空間工業(yè)正以每年20%的速度急劇增長?？臻g商業(yè)的總收入已超過軍事空間的費用，越來越多的民用任務正在向空間轉(zhuǎn)移，以便更快、更好、更有效地完成任務。
大規(guī)模開發(fā)空間資源，甚至實現(xiàn)空間居住等大膽舉措，已成為世界各國航天活動的主旋律。21世紀，人類將登上月球或其他小行星去采礦，發(fā)射太陽能發(fā)電衛(wèi)星。美國航天界人士預言，在不久的將來，將有在地球與近地軌道之間航行的新型航天貨運客機問世，把在太空中生產(chǎn)的新材料運回地面。在未來30多年內(nèi)將可能陸續(xù)建成太空港，人類將在月球、火星以及其他一些小行星上居住，建立太空工廠、開礦、發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟。
在軍事領(lǐng)域的利用價值極大
太空由于其得“天”獨厚的地理位置，在奪取信息權(quán)，建立戰(zhàn)場信息系統(tǒng)，保持信息優(yōu)勢方面具有其他手段所無法企及的優(yōu)勢。由于其他設施只能配置在本國領(lǐng)土上，而滯留在軌道上的航天器則根據(jù)國際外層空間法享有超越國界的權(quán)利，因此利用天基系統(tǒng)可以最有效地對全球備戰(zhàn)情況進行不間斷監(jiān)視，能及時發(fā)現(xiàn)敵方發(fā)動的導彈和空間襲擊，并能確保及時發(fā)出警報和對部隊實施指揮，而其他設施則只能望“天”興嘆。實踐證明，以應用衛(wèi)星為主的航天系統(tǒng)在軍事偵察、通信、打擊、導航定位、預警、反導、軍事指揮、后勤保障、軍事氣象等諸方面都有著不可替代的作用，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中扮演了重要角色，在未來戰(zhàn)爭中更將成為舉足輕重的因素。隨著航天系統(tǒng)軍事功能的不斷發(fā)展和完善，航天信息系統(tǒng)在信息化戰(zhàn)爭中的應用越來越廣泛。
在科研領(lǐng)域的利用具有廣闊前景
大家都知道，我們每天呼吸的空氣密度，隨離海平面距離的升高而減少，到達100千米以上的高度，已逐漸成為真空。在這樣的宇宙空間里，純凈無污染，處于微重力狀態(tài)的物體可懸浮空中;在這樣的宇宙空間里，空氣、水受熱后不會出現(xiàn)上下對流的情況，比重不同的液體可在一起“和平共處”。這種奇特的環(huán)境對人類從事新材料加工，細胞、蛋白質(zhì)晶體的生長與培養(yǎng)是十分有利的。
物理試驗和生物制藥的理想場所
在空間可以完成許多在地球表面無法完成的科學試驗?？臻g環(huán)境特有的微重力、高能輻射是新型藥物的天然“工廠”，使科學家們能了解在地面環(huán)境下不能獲知的一些生命本質(zhì)特征，從而進一步揭示生命奧秘和探知疾病。在生物材料加工方面，科學家已分離出地面很難分離的哺乳動物特化細胞和蛋白質(zhì)，分離純度比地面高四五倍，這些都給藥物學研究帶來了新的生機。一些地面不能制造和提純的藥物，在空間這個優(yōu)良的實驗室中就可以完成。美國和俄羅斯的相關(guān)研究涉及到微重力的各個領(lǐng)域，中國、西歐和日本更側(cè)重于材料科學、生物及生命科學的研究。美國已利用航天飛機在空間生產(chǎn)出產(chǎn)量大、純度高的貴重藥物，展示了利用空間環(huán)境生產(chǎn)生物制劑的光明前景。
太空開發(fā)利用開創(chuàng)了許多新興學科
空間技術(shù)是人類進入宇宙空間、探索開發(fā)利用空間的一項綜合技術(shù)。空間技術(shù)與信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)以及新能源技術(shù)等高新科技的發(fā)展，導致了20世紀下半葉發(fā)生的給人類社會發(fā)展帶來深刻變化的新技術(shù)革命?？臻g技術(shù)作為高新技術(shù)與一般技術(shù)相比，有其高度的綜合性。它集宇宙學、氣象學、物理學，以及電子技術(shù)、自動化技術(shù)、遙感技術(shù)、計算機技術(shù)等眾多學科與技術(shù)成就于一體。開發(fā)宇宙空間、發(fā)展空間裝備，極大地帶動了這些學科、技術(shù)以及相關(guān)工業(yè)的發(fā)展與創(chuàng)新。
空間開發(fā)利用，不僅推動空間技術(shù)發(fā)展，還形成了諸如衛(wèi)星氣象學、衛(wèi)星海洋學、空間物理學、空間生物學、空間材料工藝學等眾多新興的邊緣學科，極大地推動和拓展了人類對自然界的認識。
