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太空发电,无线传地面——宇宙太阳能发电系统能否实现?(下)

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-02-09  浏览次数:45
核心提示:最后是第三项基础技术大型结构体组装技术。为了让空间太阳能发电系统拥有相当于1座核电站的1GW的发电能力,必须要在宇宙空间构筑

最后是第三项基础技术“大型结构体组装技术”。

为了让空间太阳能发电系统拥有相当于1座核电站的1GW的发电能力,必须要在宇宙空间构筑并配置几公里见方、重达几万吨的巨型太阳能电池板和发射天线,组成空间太阳能发电卫星。

在宇宙空间构筑几公里见方的大型结构体

巨型载人实验设施“国际空间站(ISS)”从1998年开始在约400km高空的轨道上进行组装,虽说是巨型,但建成时的尺寸只有大约108m×73m,体积约为1200m3,重量约为419吨。而且,空间站所在的近地轨道的高度只有地球静止轨道的百分之一左右。与之相对比,也就不难想像配置大规模空间太阳能发电卫星的艰巨程度。

上土井说:“国际空间站是通过40多次发射,把大量的构件运往太空,由航天员通过操作机械臂、进行舱外活动,在轨道上慢慢组装的。而空间太阳能发电卫星必须在地球静止轨道上构筑面积达到数km见方的太阳能电池板和发射天线。这样的工程根本无法单纯依靠人工。因此,我们现在正在研发组装装置和依靠机器人的无人组装技术。”

JAXA当前的目标是研发出100m规模结构体的无人组装技术。从2010年度开始,研发的重点放在了展开桁架组装技术上。

这种技术,是将发射上去时为折叠状态的桁架结构体,使用专门的组装装置在轨道上自动展开并组合起来,将平板状结构体以无人方式组装。太阳电池板和发射天线都将设置在结构体上。

2012年度,JAXA曾进行了展开桁架结构体的自动展开、组合功能的地面验证实验,取得了良好的成果。

虽如此,但组装中形态维持、姿态和轨道控制、热变形补偿等等,今后需要解决的课题还有很多。

“宇宙空间大型宇宙结构体的无人组装技术是一项前所未有的技术,非常具有挑战性。只要掌握了这项技术,就能大幅拓展太空任务的可能性,我们在研究之中感受到了巨大的成就感”,说到这里,上土井的眼中闪烁着光芒。

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上土井等人现在开展的展开桁架组装技术的地面验证实验(出处:JAXA)

上土井接着说道,“其实还有一个堪称最大的课题”。那就是如何以低成本将如此巨大的结构体构件送入地球静止轨道。

运输是最大课题

向宇宙空间运输大量构件需要多次发射。过去使用的一次性火箭不仅时间上跟不上需求,成本也十分庞大。

空间太阳能发电系统要想在一定程度上满足世界规模的能源需求,需要发射数百颗空间太阳能发电卫星。就算加快制造速度,1年制造1颗,但1年必须运输的构件多达几万吨。这就需要采用可以重复利用的大型航天运输机。

上土井说:“就像前面介绍的一样,实现空间太阳能发电系统估计还需要相当长的时间。因此,为了使研发的成果回报社会,我们从较早阶段,就在同步研究能够小规模投入实用的任务和基础技术的分拆任务。”

在研发空间太阳能发电系统的过程中得到的基础技术同样可以应用于其他领域。比方说,使用微波和激光的无线能源传输技术如果应用于地面间传输,或许可以置换部分供电电缆。而大型结构体组装技术估计也将成为未来宇宙开发的推动力。

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无线能源传输技术确立后,或许还可以为行星探测器等供应能源(出处:JAXA)

最后,上土井坚定地表示:

“通往空间太阳能发电系统的道路还有着重重阻碍,但我们相信,我们要做的是一点点地推进研究开发的进展,我们为此将不懈地努力。空间太阳能发电系统如果实现,不仅有可能成为承担未来能源供应重任的基础设施,还有可能使日本成为能源出口国。虽然不知道需要30年还是40年,但我们会把眼光放远,力争早日实现这一目标”。

 
 
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