從太空獲取能量的想法始于人類太空探索之初,但由于技術(shù)的限制,對上世紀(jì)來說,從太空獲取能量,由于成本高、效率低而不具備可行性。
近年來,由于新技術(shù)、新材料的發(fā)展,以及對開辟新能源途徑的迫切需求,使得從太空獲取能量的想法再次成為全球科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。2007年,美國通過了“安全戰(zhàn)略需求下的空間太陽能”計(jì)劃,俄羅斯作為傳統(tǒng)的航天大國,也在積極從事該領(lǐng)域的研究。
傳統(tǒng)的從太空獲取能量設(shè)想為,用繞地球軌道運(yùn)行的太陽能電池板發(fā)電,而后將電能轉(zhuǎn)換為射頻電波傳送至位于地球的接收站,再將射頻電波轉(zhuǎn)換為電能。在地球軌道高度,由于沒有大氣層的屏蔽,太陽輻射的能量密度約相當(dāng)于地球表面能量密度的1.5倍,再排除由于地球陰影不能生產(chǎn)能量的時(shí)間,軌道發(fā)電既不受晝夜交替的影響,也不受天氣條件或者季節(jié)變化的限制。因此,得到的太陽能約是地球上可利用太陽能的10倍。
俄羅斯科學(xué)家提出了新的設(shè)想,即不僅僅使用太陽能電池板,還使用另外的三級聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng),這種發(fā)電系統(tǒng)包括非平衡態(tài)等離子磁流體發(fā)電機(jī)、燃?xì)鉁u輪裝置和蒸汽渦輪裝置。工作原理為,在光纖的作用下,光能被聚集到三級發(fā)電系統(tǒng)的加熱體,并將其中的惰性氣體和堿金屬蒸汽加熱至4000攝氏度,隨后形成非平衡態(tài)等離子體,其中較重的原子溫度達(dá)到4000攝氏度,而輕的電子溫度則達(dá)到1.5-2萬攝氏度,經(jīng)過磁流體發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能后,熱惰性氣體及堿金屬蒸汽進(jìn)入熱交換器,在燃?xì)鉁u輪裝置及蒸汽渦輪裝置中可以再次產(chǎn)生電能。
目前的技術(shù)水平,使用磁流體及渦輪發(fā)電機(jī),能實(shí)現(xiàn)10公斤裝置產(chǎn)生1千瓦電量,科學(xué)家預(yù)測,在未來新材料的支持下,這一比例將達(dá)到0.1-0.5公斤/千瓦,這將極大的減少發(fā)射成本,并最終使太空電站成為可能。
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