日本，角田市——在经典日本动画系列《机动战士高达》的最新衍生作品中，化石燃料的枯竭迫使人类转向天基太阳能发电，而全球冲突也因能源短缺而愈演愈烈。这部科幻传奇故事设定在 2307 年，但即使在现在，真正的日本科学家也在致力于开发实现轨道发电站所需的硬件，以将其作为一种清洁、可再生能源的形式，并计划在约 20 年内完成原型。
从太空向下传输能量的太阳能电池板的概念由来已久，但长期以来一直被认为成本过高且不切实际而被驳回。但在日本，在全球能源危机和对环境的担忧日益加剧的背景下，这项看似遥不可及的计划重新受到了关注。去年，大阪激光技术研究所的研究人员利用阳光产生了高达 180 瓦的激光功率。今年 2 月，北海道的科学家开始对一种电力传输系统进行地面测试，该系统旨在以微波形式向地球发送能量。
激光和微波研究项目是日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA) 主持下的空间太阳能发电系统 (SSPS) 大胆计划的两个组成部分。具体而言，该机构计划到 2030 年将一个太阳能发电机送入地球静止轨道，该发电机将向地球传输 1 吉瓦的能量，相当于一座大型核电站的输出功率。能量将以微波或激光形式发送到地面，在那里它将被转换为电力，用于商业电网或以氢气的形式储存。
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“我们进行这项研究是出于常识性的原因——作为应对化石燃料枯竭和全球变暖带来的挑战的潜在解决方案，” JAXA 先进任务研究中心的铃木博昭说，他是日本主要研究机构中约 180 名从事该计划的科学家之一。JAXA 表示，其潜在优势是显而易见的：在太空中，太阳辐照度是地面的 5 到 10 倍，因此发电效率更高；太阳能可以 24 小时收集；而且天气不会构成问题。该系统也将是清洁的，不产生污染或废物，而且安全。到达地球表面的能量强度可能约为每平方米五千瓦——大约是夏季晴朗的中纬度地区中午太阳强度的五倍。尽管科学家表示，这个量不会对人体造成伤害，但接收区域仍然会被隔离并位于海上。
在宫城县的一个设施中，铃木和 JAXA 的研究人员正在测试一种 800 瓦的光纤激光器，该激光器向 500 米外的接收站发射。一面只反射 1,064 纳米波长光的光镜将其引导到一个实验性太阳能电池板上。（他选择该频率的光是因为它很容易穿过地球大气层，损失不超过 10% 的能量。）一个关键任务是找到一种可以有效地将阳光转化为激光的材料。主要的候选材料是一种含有钕和铬的钇铝石榴石陶瓷材料。
基础科学只是挑战的一部分。测试微波和激光系统都需要太空中庞大的结构：薄膜聚光镜、太阳能电池板和一个延伸数公里、重达 10,000 公吨的微波发射器，以及一个 100 单元、重达 5,000 公吨、长达 10 公里的激光阵列。地面微波天线将不得不长达两公里。
项目总成本将是巨大的——可能高达数百亿美元——但铃木和他的同事表示，他们没有考虑价格标签。“如果我们首先没有基本技术，我们就无法知道这是否可行，”他说。“我们的目标是以每千瓦时 6.5 美分的目标价格生产稳定、廉价的电力和氢气。” 这将与当今的传统发电成本一致，并可能使其在经济上更具吸引力。
鉴于当前的技术，将大型结构运送到太空可能只有通过不同大陆的航天机构合作才能实现。不过，铃木表示，太空竞赛中的国家正试图独立开发自己的技术，而太空军事化的可能性也在增加。“如果 JAXA、NASA 和欧洲航天局能够合作，那将是最好的，”他补充道。这一切听起来都像是科幻传奇的序幕。
注意：这篇文章最初以标题“套住太阳”发表。
