当发明家查尔斯·弗里茨在1880年代创造出第一个简陋的太阳能光伏电池时，人们可能会认为这项成就将迅速革新全球电力生产。毕竟，没有比阳光更廉价、更清洁、更普及的能源了。然而，尽管在技术上取得了巨大（且持续不断）的进步，使太阳能发电变得越来越强大和经济实惠，但在大约140年后的今天，它仍然只供应了不到5%的世界电力。尽管太阳能有诸多好处，但它的确存在一些限制其使用的缺点——其中最主要的是地球表面在任何给定时间都有一半处于黑暗之中。
1968年，美国航空工程师彼得·格拉泽详细阐述了一个潜在的解决方案，来解决这些问题，这个方案不仅“跳出固有思维模式”，而且完全超越了地球大气层。格拉泽提议，与其在广阔的、生态脆弱的土地上建造巨大的太阳能发电场，不如将光伏电池发射到轨道上，部署在太阳能发电卫星群中。在轨道上——不受云层衰减，摆脱地球昼夜循环的束缚——可以以最佳效率收集阳光，然后以微波的形式定向传输到地面“整流天线”（rectennas）。回到地球上，微波将被转换成电力，并输送到全球的电网中。
然而，在当时以及之后的几十年里，空间发射的成本过高，光伏电池的性能过低，使得格拉泽的美好想法无法实现。但现在，技术进步，加上对清洁能源日益增长的需求，正在重振太空太阳能发电（SBSP）的概念，美国、中国、欧洲和日本正在涌现试点项目。随着新一轮研究的开始，问题仍然存在：太空太阳能发电什么时候才能准备好迎接它的阳光时刻？
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倾向于未来
在美国，在航天工业的快速发展和气候变化带来的严峻威胁的刺激下，美国国家航空航天局（NASA）正在密切关注太空太阳能发电的当前和近期前景。尼古拉·约瑟夫是NASA技术、政策和战略办公室（OTPS）的政策分析师，也是即将发布的OTPS研究报告的主要作者，该研究报告专门探讨了这一方法。鉴于全球对太空太阳能发电变革性可能性的日益增长的兴趣，OTPS现在开展一项研究是有意义的，他说。
“几十年来，太空太阳能发电一直具有吸引力，但建造和发射能够利用它的航天器被认为成本过高，”约瑟夫说。“现在，技术发展和过去十年航天工业的增长可能意味着情况正在发生变化……定期回顾好主意并研究各种选择非常重要。NASA需要了解什么是可能的，因为太空太阳能发电的出现将与我们的许多其他利益相交。NASA需要关注太空技术的方方面面。我们应该始终倾向于未来。”
对于NASA来说，这个未来很可能包括在地球之外使用太空太阳能发电，以支持该机构蓬勃发展的阿耳忒弥斯计划，即载人月球探测计划。例如，月球周围的太空太阳能发电能力可以帮助为月球表面的前哨站和其他探测活动提供动力。更雄心勃勃的是，定向能量传输未来也可能被用于将航天器送往行星际甚至星际目的地，而无需携带昂贵的推进剂。
万能的能源灵药？
回到地球上，太空太阳能发电被一些人视为实现温室气体净零排放的理想方式，同时仍然拥有稳定、可持续和充足的电力供应。与来自地面太阳能和风能的电力不同——地面太阳能和风能都更容易受到环境条件波动的影响——太空太阳能发电可以全天候运行（提供所谓的基荷电力），同时还允许在电网之间灵活、响应迅速地分配电力（“可调度”电力）。
弗雷泽-纳什咨询公司的分析师、英国太空能源倡议（SEI）的联合主席马丁·索尔托说：“太空太阳能发电独特地能够提供城市规模的基荷电力和可调度电力，因此是一项非常有价值的新型清洁能源技术。”。“另一个优点是，太空太阳能发电不需要对电网进行重新设计。我们设想地面[整流天线]将位于现有电网互连点附近，可能与现有海上风电场相邻。”SEI是政府、工业界和学术界之间的合作伙伴关系，旨在建设一支太空太阳能发电卫星群，以便在2040年代连接到英国电网。SEI的假想卫星群中的每颗卫星将产生大约相当于一座燃煤或核燃料发电厂的电力。
然而，要实现这一切，需要进行稳健的在轨测试。这就是为什么在完整的太空太阳能发电卫星群首次亮相之前，SEI计划首先在2030年之前发射一个轨道演示器。
索尔托说：“可能最早需要在太空测试和演示的两项最重要的技术是这些大型结构的自主机器人组装，以及以有意义的功率水平从太空向地球定向传输能量。”。“还需要解决许多其他重要问题，例如监管环境和频谱分配，”他补充道。
高科技测试
SEI并非唯一一家寻求对太空太阳能发电相关硬件进行真实世界测试的机构。全球各地正在进行多个此类项目。
中国空间技术研究院和西安电子科技大学在中国搭建了一个大型结构，以演示用于聚光太阳能和无线能量传输的新技术。该项目代号为“逐日工程”，使用了在西安电子科技大学南校区建造的75米高的钢塔。新设施旨在测试和验证用于轨道外形薄膜能量聚集阵列（OMEGA）的技术，OMEGA是一种用于在地球静止轨道上收集太阳能的聚光系统。
还有欧洲航天局的SOLARIS倡议，这是一项为期三年的拟议研发议程，旨在探索太空太阳能发电概念和关键技术。SOLARIS正在提议在今年11月举行的欧空局部长级理事会会议上获得批准。10月18日，欧空局举办了“SOLARIS行业日”，以明确太空太阳能发电的研究和开发任务，如果获得支持，这些任务可以在2023-2025年时间框架内完成。
在日本，研究人员自1980年代以来就一直在执着地研究太空太阳能发电。日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的研究人员设计了一项计划，用于开发和测试控制能量束和在轨道上组装大型结构的新方法。理想情况下，这项工作将在十年或二十年内促成太空太阳能发电系统的出现。除了纸面评估之外，日本太空太阳能发电研究人员还制造了提高激光和微波能量束精度的技术，并在亚轨道火箭上飞行了太空太阳能发电相关设备，以收集技术数据。
回到美国，除了NASA及其民用航天利益之外，国防部也对使用太空太阳能发电为全球军事行动提供动力非常感兴趣。美国空军研究实验室最新的努力——太空太阳能发电增量演示和研究（SSPIDR）项目——得到了航空航天公司诺斯罗普·格鲁曼以及美国海军研究实验室（NRL）的贡献。SSPIDR最近对名为“蜘蛛网”（Arachne）的在轨飞行实验设备进行了首次地面测试。“蜘蛛网”预计将于2025年发射，其任务之一是演示在近地轨道形成和聚焦射频束的能力。空军表示，这项工作的目标是“为远征部队提供不间断、可靠且后勤灵活的电力”。
与此同时，NRL率先开发了专门的模块，旨在提高将太阳能转化为微波的效率。一个包含这些模块的测试装置，被称为光伏射频天线模块，甚至在美国空军秘密的X-37B无人航天飞机上在太空停留了900多天。
潮起潮落
NRL电子工程师保罗·贾菲长期以来一直从事太空太阳能发电相关工作，他说，多年来，人们对该主题的兴趣时起时伏，但目前项目激增的原因是关键使能技术取得了真正有意义的进展。
贾菲说：“历史上对太空太阳能发电的反对意见是经济性，主要是发射成本问题。”。“我认为关于它是否具有经济意义的结论尚未最终确定。仍然需要进行大量的电网技术开发，才能达到我们希望享有的弹性和供应水平。”
贾菲说，在承诺开发成熟的系统之前，进行在轨太空太阳能发电硬件演示是合理的和明智的。他指出，此类测试可能耗资数亿美元，即使获得了此类启动资金，太空太阳能发电仍然需要持续的政治支持。它是否会真正起飞，在很大程度上（如果不是更多的话）取决于经济和监管因素，而不是技术发展。
贾菲说：“归根结底，关键在于以一种在成本上与替代方案具有竞争力的方式来做到这一点。”
约翰·曼金斯曾是NASA的技术专家，也是一位长期的太空太阳能发电倡导者，他对该方法的前景仍然持乐观态度。恰如其分的是，他目前还是国际宇航科学院太空太阳能发电常设委员会的联合主席。
过去，太空太阳能发电计划一直受到三个相互关联的财务障碍的阻碍：建造必要硬件的高昂成本、确保硬件适合太空环境，然后实际将其送入轨道。“所有这三项障碍都已被打破，”曼金斯说，这归功于太空机器人技术的进步、大规模生产太空太阳能发电组件的能力以及将硬件送入太空的成本大幅下降。
他说，总而言之，这三重积极趋势可能会将前期投资成本削减数千亿美元，从而将太空太阳能发电推向经济可行性的新时代。曼金斯说，这足以激发当今多国对太空太阳能发电的兴趣和参与。
悲观的预测
并非所有人都对太空太阳能发电的前景抱有如此乐观的看法。一位著名的批评者是阿莫里·洛文斯，他是能源政策专家，也是RMI（前身为落基山研究所）的联合创始人兼荣誉主席，RMI是一家致力于改善世界能源实践的非营利组织。他是斯坦福大学土木与环境工程的兼职教授，也是该大学普雷 court能源研究所的学者。
洛文斯说，尽管与NASA航天飞机的成本-性能曲线相比，SpaceX的猎鹰助推器系列将有效载荷送入近地轨道的每公斤成本下降了约20倍，但发射成本“仍然是一个巨大的障碍”。
洛文斯说，也存在安全担忧，他回顾了1960年代后期太空太阳能发电热潮首次兴起时仍然存在的问题。“当时有些人想知道，从太空发射微波束武器是否是议程的一部分，”他说。“现在我们可能更担心在已经非常脆弱和易碎的输电网中增加另一个超集中式电源。”
尽管太空太阳能发电在概念上仍然具有吸引力，但洛文斯说，可再生能源领域的其他趋势对其可行性构成了巨大挑战。地面可再生能源迅速变得非常便宜，风能和太阳能的批发价均低于每千瓦时3美分。他说，以确保“可靠”电力输送的方式将这些“陆地”能源整合到现有电网中，只会增加少量成本。这使得洛文斯得出结论，太空太阳能发电备受吹捧的好处——即其有效恒定的可用性，无论地球昼夜——只有很小的益处。在这种情况下，他说，要想在每千瓦时的成本上击败陆地可再生能源的廉价价格，前往太空仍然极其困难，甚至是不可能的。
“简而言之，我认为即使在西雅图，光伏电池从你的屋顶提供的电力也比从太空提供的电力更便宜，”洛文斯说。“我不是太空专家，但我看不出太空太阳能发电的这个基本劣势会改变。陆地风能和[光伏]电池的成本都将再下降两到三倍，使其能源非常接近于免费。”
洛文斯问道，为什么要花费如此多的麻烦和费用在地球大气层之外收集阳光，“当阳光已经免费分配，像雨水一样，公平地洒在好人和坏人身上？”
就像太空太阳能发电本身一样，找到这个哲学问题的明确答案仍然是一项正在进行的工作。