欧洲、美国和中国正在展开一场利用环绕地球运行的天基太阳能发电站收集太阳能的竞赛。欧洲航天局（ESA）于2022年启动了SOLARIS项目。这些正在开发中的天基太阳能电站的经济可行性将最终决定它们的命运。
Angeladora Novi
2024年4月15日
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到2030年，“转型脱离化石燃料”并将可再生能源容量提高至目前水平的三倍，这是全球领导人在去年第28届联合国气候变化大会（COP28）期间做出的部分承诺。联合国秘书长安东尼奥·古特雷斯指出，要履行《巴黎协定》关于将全球升温控制在1.5摄氏度以内的承诺，就必须完全淘汰化石燃料。COP28的成果仍可被视为具有历史意义的，标志着不可再生能源终结的开始。然而，应对气候变化并非易事，这需要大量投资或新技术的开发。
在太空中收集能源是最有前景且最具革命性的环保新技术之一。欧洲在这一领域处于领先地位，欧洲航天局（ESA）于2022年启动了Solaris项目，旨在评估建设天基太阳能发电站的可行性和成本效益。这个想法并不新颖，大约50年前就被提出了，当时技术不够先进且资金匮乏。随着新技术的发展和欧洲各国的合作，ESA距离使太阳能发电站成为最可靠的清洁能源来源之一的未来更近了一步。
© 欧洲航天局
天基太阳能发电站的架构由数百万颗覆盖光伏面板的卫星组成，这些卫星被部署在轨道上以捕捉阳光并将其转化为能量，然后通过无线方式传输到地球。该系统的主要优势之一是，由于轨道上没有云层和季节变化，它可以持续地生成能源，特别有利于欧洲阳光较少的国家。
轨道上的能源站由于能够持续获取阳光，效率较高，因此相较于地面太阳能发电站，其对环境的影响较小。专家们强调，它们与地面太阳能发电站相比能够减少50%的碳排放，这得益于生产率的提高，即在更短的时间内产生更多的能源。尽管有这些优势，轨道上的太阳能发电站不会取代地面上的可再生能源，而是对它们的补充。
天基太阳能发电站的发电能力有望达到地球上的40倍。由于到2050年，人口预计将以指数增长至90亿，能源需求在未来的30年内将翻一番，因此，依赖轨道发电不仅对于逐步减少不可再生能源至关重要，而且对于减少对某些能源生产大国的依赖都具有极其重要的意义。Solaris 研究的成果以及随后太阳能发电站的运行有可能帮助欧洲实现能源独立，并达到其气候目标。
从长远来看，在太空中收集的取之不尽的资源将随着未来规模经济的发展而降低成本。欧洲各国共享知识有助于降低成本，增加研发投资，提升新技术的生产能力，这对于确保欧洲航空局这一倡议的成功至关重要。像SpaceX和Blue Origin这样的公司部署的可重复使用火箭比 20 世纪 70 年代和 80 年代的火箭便宜约 30 倍，当时人们首次提出了在太空安装太阳能电池板的想法。如今，该公司运送每公斤有效载荷到低轨道的费用大约为1500美元。
太阳能向下传输。©欧洲航天局
尽管欧洲在轨道太阳能发电站的研究中扮演着重要的角色，但在这场新的太空竞赛中，他们并不是唯一的参与者，其他国家如美国、英国和中国也在力争实现类似的目标。例如，亚洲巨头（中国）在2019年宣布打算启动“逐日工程”，并在 2035 年之前在轨道上部署一个可产生 20 兆瓦电力的试点电站。与此同时，英国初创公司Space Solar计划到2040年在太空逐步建成一座30吉瓦规模的发电站，天基太阳能将使英国在 2050 年前实现净零排放的国家目标。
2021年，美国空军研究实验室（AFRL）启动了一个名为“太空太阳能增量演示与研究”（SSPIDR）的项目。该项目旨在开发在太空中生成可再生能源所需的技术。“Arachne”是SSPIDR项目的飞行试验名称，该试验将在低地球轨道上测试电力生成与传输，计划于2025年发射。
尽管太空太阳能发电在近期取得了显著进展，并具有出无可质疑的优势，但仍面临着一系列不可低估的挑战。其中最令人担忧的问题之一是太空拥堵，因为据估计，有超过8000 吨太空垃圾在太空中漂浮，而且自轨道时代开始以来，这一数量一直在持续大幅增长。
对于制定国际法律框架以规范太空活动和太空资源开发的需求变得愈加迫切。这一法律框架需要解决各国政府及其他太空主体的责任问题，并明确利用太空谋取他们的利益的个人和组织的责任。
像欧洲航空局的SOLARIS这样的太阳能发电站是否可行，最终取决于这些设施的开发、部署和运营的成本。欧洲航天局估计，第一颗千兆瓦级太阳能发电卫星的成本约为 200 亿欧元。这相当于建造一座新的核电站。随后的批量生产将受益于规模经济，降低建造成本，将发电成本降低到核电的一半以下，接近大型地面太阳能电站。因此，尽管在太空中收集太阳能并将其传输到地球的构想听起来非常吸引人，但世上并没有免费的午餐。
