日本，角田市——在經典日本動畫系列《機動戰士高達》的最新衍生作品中，化石燃料的枯竭迫使人類轉向天基太陽能發電，而全球衝突也因能源短缺而愈演愈烈。這部科幻傳奇故事設定在 2307 年，但即使在現在，真正的日本科學家也在致力於開發實現軌道發電站所需的硬體，以將其作為一種清潔、可再生能源的形式，並計劃在約 20 年內完成原型。
從太空向下傳輸能量的太陽能電池板的概念由來已久，但長期以來一直被認為成本過高且不切實際而被駁回。但在日本，在全球能源危機和對環境的擔憂日益加劇的背景下，這項看似遙不可及的計劃重新受到了關注。去年，大阪雷射技術研究所的研究人員利用陽光產生了高達 180 瓦的雷射功率。今年 2 月，北海道的科學家開始對一種電力傳輸系統進行地面測試，該系統旨在以微波形式向地球傳送能量。
雷射和微波研究專案是日本宇宙航空研究開發機構 (JAXA) 主持下的空間太陽能發電系統 (SSPS) 大膽計劃的兩個組成部分。具體而言，該機構計劃到 2030 年將一個太陽能發電機送入地球靜止軌道，該發電機將向地球傳輸 1 吉瓦的能量，相當於一座大型核電站的輸出功率。能量將以微波或雷射形式傳送到地面，在那裡它將被轉換為電力，用於商業電網或以氫氣的形式儲存。
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“我們進行這項研究是出於常識性的原因——作為應對化石燃料枯竭和全球變暖帶來的挑戰的潛在解決方案，” JAXA 先進任務研究中心的鈴木博昭說，他是日本主要研究機構中約 180 名從事該計劃的科學家之一。JAXA 表示，其潛在優勢是顯而易見的：在太空中，太陽輻照度是地面的 5 到 10 倍，因此發電效率更高；太陽能可以 24 小時收集；而且天氣不會構成問題。該系統也將是清潔的，不產生汙染或廢物，而且安全。到達地球表面的能量強度可能約為每平方米五千瓦——大約是夏季晴朗的中緯度地區中午太陽強度的五倍。儘管科學家表示，這個量不會對人體造成傷害，但接收區域仍然會被隔離並位於海上。
在宮城縣的一個設施中，鈴木和 JAXA 的研究人員正在測試一種 800 瓦的光纖雷射器，該雷射器向 500 米外的接收站發射。一面只反射 1,064 奈米波長光的光鏡將其引導到一個實驗性太陽能電池板上。（他選擇該頻率的光是因為它很容易穿過地球大氣層，損失不超過 10% 的能量。）一個關鍵任務是找到一種可以有效地將陽光轉化為雷射的材料。主要的候選材料是一種含有釹和鉻的釔鋁石榴石陶瓷材料。
基礎科學只是挑戰的一部分。測試微波和雷射系統都需要太空中龐大的結構：薄膜聚光鏡、太陽能電池板和一個延伸數公里、重達 10,000 公噸的微波發射器，以及一個 100 單元、重達 5,000 公噸、長達 10 公里的雷射陣列。地面微波天線將不得不長達兩公里。
專案總成本將是巨大的——可能高達數百億美元——但鈴木和他的同事表示，他們沒有考慮價格標籤。“如果我們首先沒有基本技術，我們就無法知道這是否可行，”他說。“我們的目標是以每千瓦時 6.5 美分的目標價格生產穩定、廉價的電力和氫氣。” 這將與當今的傳統發電成本一致，並可能使其在經濟上更具吸引力。
鑑於當前的技術，將大型結構運送到太空可能只有透過不同大陸的航天機構合作才能實現。不過，鈴木表示，太空競賽中的國家正試圖獨立開發自己的技術，而太空軍事化的可能性也在增加。“如果 JAXA、NASA 和歐洲航天局能夠合作，那將是最好的，”他補充道。這一切聽起來都像是科幻傳奇的序幕。
注意：這篇文章最初以標題“套住太陽”發表。
