<p>2023年1月，加州理工學(xué)院空間太陽(yáng)能項(xiàng)目(SSPP)準(zhǔn)備將一個(gè)被稱為空間太陽(yáng)能發(fā)電演示器(SSPD)的原型機(jī)發(fā)射到軌道上，該原型機(jī)將測(cè)試一項(xiàng)雄心勃勃的計(jì)劃的幾個(gè)關(guān)鍵組件，該計(jì)劃旨在在太空中收集太陽(yáng)能并將能量傳回地球。</p> <p>&nbsp;</p> <p>太空太陽(yáng)能提供了一種利用外層空間幾乎無(wú)限的太陽(yáng)能供應(yīng)的方法，在外層空間，能源不受晝夜、季節(jié)和云層的循環(huán)影響而持續(xù)可用。</p> <p>&nbsp;</p> <p>此次發(fā)射目前定于1月初，是該項(xiàng)目的一個(gè)重要里程碑，有望使曾經(jīng)的科幻小說(shuō)成為現(xiàn)實(shí)。當(dāng)完全實(shí)現(xiàn)后，SSPP將部署一組模塊化航天器，收集陽(yáng)光，將其轉(zhuǎn)化為電能，然后將電能遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸?shù)饺魏涡枰牡胤?，包括目前沒(méi)有可靠電力的地方。</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/Integration_of_DOLCE_onto_Vigoride_2332.max-500x500.jpg" alt="DOLCE 1" width="500" height="332" />&nbsp;</p> <p>太空探索技術(shù)公司(SpaceX)在&ldquo;運(yùn)輸者-6&rdquo;(Transporter-6)任務(wù)中搭載的&ldquo;動(dòng)力&rdquo;(Momentus Vigoride)飛船將把50公斤重的SSPD送入太空。它由三個(gè)主要實(shí)驗(yàn)組成，每個(gè)實(shí)驗(yàn)的任務(wù)是測(cè)試項(xiàng)目的不同關(guān)鍵技術(shù):</p> <p>&nbsp;</p> <p>DOLCE(可部署在軌超輕復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)):一個(gè)6英尺乘6英尺的結(jié)構(gòu)，展示了模塊化航天器的架構(gòu)、包裝方案和部署機(jī)制，最終將組成一個(gè)千米規(guī)模的星座，形成一個(gè)發(fā)電站;</p> <p><br />ALBA:收集了32種不同類型的光伏電池，以評(píng)估在太空惡劣環(huán)境中最有效的電池類型;</p> <p><br />MAPLE(用于低軌道能量傳輸實(shí)驗(yàn)的微波陣列):一組靈活的輕型微波功率發(fā)射器，具有精確的定時(shí)控制，將能量選擇性地集中在兩個(gè)不同的接收器上，以演示空間遠(yuǎn)距離的無(wú)線能量傳輸。</p> <p><br />SSPD的第四個(gè)組件是一個(gè)電子盒子，它與Vigoride計(jì)算機(jī)連接，控制三個(gè)實(shí)驗(yàn)。</p> <p>&nbsp;</p> <p><a href="https://youtu.be/c2mgpMy-_mU">https://youtu.be/c2mgpMy-_mU</a></p> <p>&nbsp;</p> <p>2011年，歐文公司董事長(zhǎng)、加州理工學(xué)院董事會(huì)終身成員、慈善家唐納德&bull;布倫在《大眾科學(xué)》雜志的一篇文章中了解到太空太陽(yáng)能制造的潛力后，SSPP開(kāi)始成立。布倫對(duì)太空太陽(yáng)能的潛力很感興趣，于是找到加州理工學(xué)院當(dāng)時(shí)的校長(zhǎng)讓-盧&middot;查莫(Jean-Lou Chameau)，討論建立一個(gè)太空太陽(yáng)能研究項(xiàng)目。2013年，布倫和他的妻子、加州理工學(xué)院受托人布麗吉特&middot;布倫(Brigitte brenn)同意捐款為該項(xiàng)目提供資金。當(dāng)年，通過(guò)唐納德&middot;布倫基金會(huì)(Donald brennan Foundation)，加州理工學(xué)院獲得了第一筆捐款(用于支持該項(xiàng)目和教授職位的捐款最終將超過(guò)1億美元)，研究開(kāi)始了。</p> <p>&nbsp;</p> <p>布倫說(shuō):&ldquo;多年來(lái)，我一直夢(mèng)想著太空太陽(yáng)能如何解決人類最緊迫的挑戰(zhàn)。&rdquo;&ldquo;今天，我很高興能支持加州理工學(xué)院杰出的科學(xué)家們，他們正在努力實(shí)現(xiàn)這個(gè)夢(mèng)想。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>火箭將花費(fèi)大約10分鐘到達(dá)預(yù)定高度。&ldquo;動(dòng)量&rdquo;飛船將從火箭上部署到軌道上。加州理工學(xué)院的地球團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在發(fā)射后的幾周內(nèi)開(kāi)始在SSPD上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/DOLCE_unfolding.max-500x500.gif" alt="DOLCE unfolding" width="500" height="281" /></p> <p>測(cè)試的一些內(nèi)容將很快進(jìn)行。&ldquo;我們計(jì)劃在從Momentus獲得SSPD訪問(wèn)權(quán)限的幾天內(nèi)指揮DOLCE的部署。我們應(yīng)該馬上知道DOLCE是否有效，&rdquo;加州理工學(xué)院的喬伊斯和肯特&middot;克雷薩航空航天教授、土木工程教授、SSPP聯(lián)合主任塞爾吉奧&middot;佩萊格里諾說(shuō)。佩萊格里諾還是加州理工學(xué)院為美國(guó)宇航局管理的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)研究科學(xué)家。</p> <p><a href="https://youtu.be/w5SBF48WqV4">https://youtu.be/w5SBF48WqV4</a></p> <p>&nbsp;</p> <p>其他方面則需要更多時(shí)間。收集的光伏電池將需要長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月的測(cè)試，以便對(duì)哪種類型的光伏技術(shù)最適合這種應(yīng)用提供新的見(jiàn)解。MAPLE包括一系列實(shí)驗(yàn)，從最初的功能驗(yàn)證到隨著時(shí)間的推移對(duì)系統(tǒng)在不同環(huán)境下的性能進(jìn)行評(píng)估。與此同時(shí)，安裝在DOLCE上的可展開(kāi)臂上的兩個(gè)攝像頭和電子箱上的其他攝像頭將監(jiān)控實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，并將反饋信息傳回地球。SSPP團(tuán)隊(duì)希望他們能在發(fā)射后的幾個(gè)月內(nèi)對(duì)SSPD的性能進(jìn)行全面評(píng)估。</p> <p>&nbsp;</p> <p>許多挑戰(zhàn)仍然存在:在太空中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)&mdash;&mdash;從發(fā)射到航天器部署再到sspd的運(yùn)行&mdash;&mdash;沒(méi)有什么是可以保證的。但無(wú)論發(fā)生什么，創(chuàng)造一個(gè)太空原型的能力本身就代表了SSPP團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)重大成就。</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/Caltech_Sergio_Harry_Ali_5687.max-500x500.jpg" alt="SSPP Team" width="500" height="333" />&nbsp;</p> <p>加州理工學(xué)院電氣工程和醫(yī)學(xué)工程布倫教授、SSPP聯(lián)合主任阿里&middot;哈jimiri說(shuō):&ldquo;無(wú)論發(fā)生什么，這個(gè)原型都是向前邁出的一大步。&rdquo;&ldquo;它在地球上工作，并通過(guò)了任何發(fā)射到太空的東西所需要的嚴(yán)格步驟。風(fēng)險(xiǎn)仍然很多，但經(jīng)歷了整個(gè)過(guò)程，我們得到了寶貴的教訓(xùn)。我們相信，太空實(shí)驗(yàn)將為我們提供大量額外的有用信息，指導(dǎo)我們繼續(xù)推進(jìn)該項(xiàng)目。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>盡管太陽(yáng)能電池早在19世紀(jì)晚期就已經(jīng)存在于地球上，目前產(chǎn)生了世界上大約4%的電力(除了為國(guó)際空間站供電外)，但關(guān)于太陽(yáng)能發(fā)電和傳輸?shù)囊磺卸夹枰匦驴紤]，才能在太空中大規(guī)模使用。太陽(yáng)能電池板又大又重，發(fā)射成本很高，而且需要大量的電線來(lái)傳輸電力。為了克服這些挑戰(zhàn)，SSPP團(tuán)隊(duì)必須設(shè)想和創(chuàng)造新的技術(shù)、架構(gòu)、材料和結(jié)構(gòu)，以便能夠?qū)嶋H實(shí)現(xiàn)空間太陽(yáng)能發(fā)電，同時(shí)足夠輕，可以在太空中大規(guī)模部署，具有成本效益，并且足夠堅(jiān)固，可以承受苛刻的太空環(huán)境。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;DOLCE展示了太陽(yáng)能航天器和相控陣天線陣列的新架構(gòu)。它利用最新一代超薄復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)前所未有的包裝效率和靈活性。隨著我們已經(jīng)開(kāi)始研究的進(jìn)一步進(jìn)展，我們預(yù)計(jì)將應(yīng)用于未來(lái)的各種太空任務(wù)。&rdquo;佩萊格里諾說(shuō)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;整個(gè)靈活的MAPLE陣列，以及其核心無(wú)線電力傳輸電子芯片和傳輸元件，都是從零開(kāi)始設(shè)計(jì)的。這不是用你可以買(mǎi)到的東西做的，因?yàn)樗鼈兩踔敛淮嬖凇＿@種從根本上重新思考系統(tǒng)對(duì)于實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的SSPP解決方案至關(guān)重要。&rdquo;Hajimiri說(shuō)。</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/Hajimiri_Ali-SSPP-3065.max-500x500.jpg" alt="Array" width="500" height="333" />&nbsp;</p> <p>SSPD內(nèi)的整套三個(gè)原型是由一個(gè)大約35人的團(tuán)隊(duì)設(shè)想、設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試的。&ldquo;與工業(yè)環(huán)境(而非學(xué)術(shù)環(huán)境)相比，這是在一個(gè)較小的團(tuán)隊(duì)和更少的資源下完成的。我們團(tuán)隊(duì)中非常有才華的個(gè)人團(tuán)隊(duì)使我們有可能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。&rdquo;Hajimiri說(shuō)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>然而，這些人&mdash;&mdash;一群研究生、博士后和研究科學(xué)家&mdash;&mdash;現(xiàn)在代表著蓬勃發(fā)展的太空太陽(yáng)能領(lǐng)域的前沿。&ldquo;我們正在培養(yǎng)下一代太空工程師，&rdquo;SSPP研究員哈里&middot;a&middot;阿特沃特說(shuō)，他是加州理工學(xué)院工程與應(yīng)用科學(xué)部奧蒂斯&middot;布斯領(lǐng)導(dǎo)主席，霍華德&middot;休斯應(yīng)用物理和材料科學(xué)教授，也是液體陽(yáng)光聯(lián)盟的主任，該聯(lián)盟是一家致力于利用陽(yáng)光制造可用于工業(yè)化學(xué)品、燃料和建筑材料或產(chǎn)品的液體產(chǎn)品的研究所。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這三個(gè)測(cè)試平臺(tái)的成功或失敗將以多種方式來(lái)衡量。對(duì)DOLCE最重要的測(cè)試是結(jié)構(gòu)完全從其折疊配置部署到其開(kāi)放配置。對(duì)于ALBA來(lái)說(shuō)，一個(gè)成功的測(cè)試將提供哪些光伏電池具有最大的效率和彈性的評(píng)估。MAPLE的目標(biāo)是根據(jù)需要向不同的特定目標(biāo)演示選擇性自由空間電力傳輸。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們多次向噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和南加州航天工業(yè)的同事征求關(guān)于用于開(kāi)發(fā)成功任務(wù)的設(shè)計(jì)和測(cè)試程序的建議。我們?cè)噲D降低失敗的風(fēng)險(xiǎn)，盡管開(kāi)發(fā)全新的技術(shù)本身就是一個(gè)充滿風(fēng)險(xiǎn)的過(guò)程。&rdquo;佩萊格里諾說(shuō)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>SSPP的目標(biāo)是最終在全球范圍內(nèi)提供負(fù)擔(dān)得起的、可再生的清潔能源。更多關(guān)于SSPP的信息可以在該計(jì)劃的網(wǎng)站上找到。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>