<p>2023年1月，加州理工學院空間太陽能項目(SSPP)準備將一個被稱為空間太陽能發(fā)電演示器(SSPD)的原型機發(fā)射到軌道上，該原型機將測試一項雄心勃勃的計劃的幾個關(guān)鍵組件，該計劃旨在在太空中收集太陽能并將能量傳回地球。</p> <p>&nbsp;</p> <p>太空太陽能提供了一種利用外層空間幾乎無限的太陽能供應的方法，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，是該項目的一個重要里程碑，有望使曾經(jīng)的科幻小說成為現(xiàn)實。當完全實現(xiàn)后，SSPP將部署一組模塊化航天器，收集陽光，將其轉(zhuǎn)化為電能，然后將電能遠距離無線傳輸?shù)饺魏涡枰牡胤?，包括目前沒有可靠電力的地方。</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;運輸者-6&rdquo;(Transporter-6)任務(wù)中搭載的&ldquo;動力&rdquo;(Momentus Vigoride)飛船將把50公斤重的SSPD送入太空。它由三個主要實驗組成，每個實驗的任務(wù)是測試項目的不同關(guān)鍵技術(shù):</p> <p>&nbsp;</p> <p>DOLCE(可部署在軌超輕復合材料實驗):一個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)、包裝方案和部署機制，最終將組成一個千米規(guī)模的星座，形成一個發(fā)電站;</p> <p><br />ALBA:收集了32種不同類型的光伏電池，以評估在太空惡劣環(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驗的微波陣列):一組靈活的輕型微波功率發(fā)射器，具有精確的定時控制，將能量選擇性地集中在兩個不同的接收器上，以演示空間遠距離的無線能量傳輸。</p> <p><br />SSPD的第四個組件是一個電子盒子，它與Vigoride計算機連接，控制三個實驗。</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、加州理工學院董事會終身成員、慈善家唐納德&bull;布倫在《大眾科學》雜志的一篇文章中了解到太空太陽能制造的潛力后，SSPP開始成立。布倫對太空太陽能的潛力很感興趣，于是找到加州理工學院當時的校長讓-盧&middot;查莫(Jean-Lou Chameau)，討論建立一個太空太陽能研究項目。2013年，布倫和他的妻子、加州理工學院受托人布麗吉特&middot;布倫(Brigitte brenn)同意捐款為該項目提供資金。當年，通過唐納德&middot;布倫基金會(Donald brennan Foundation)，加州理工學院獲得了第一筆捐款(用于支持該項目和教授職位的捐款最終將超過1億美元)，研究開始了。</p> <p>&nbsp;</p> <p>布倫說:&ldquo;多年來，我一直夢想著太空太陽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院杰出的科學家們，他們正在努力實現(xiàn)這個夢想。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>火箭將花費大約10分鐘到達預定高度。&ldquo;動量&rdquo;飛船將從火箭上部署到軌道上。加州理工學院的地球團隊計劃在發(fā)射后的幾周內(nèi)開始在SSPD上進行實驗。</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>測試的一些內(nèi)容將很快進行。&ldquo;我們計劃在從Momentus獲得SSPD訪問權(quán)限的幾天內(nèi)指揮DOLCE的部署。我們應該馬上知道DOLCE是否有效，&rdquo;加州理工學院的喬伊斯和肯特&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。佩萊格里諾還是加州理工學院為美國宇航局管理的噴氣推進實驗室的高級研究科學家。</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間。收集的光伏電池將需要長達6個月的測試，以便對哪種類型的光伏技術(shù)最適合這種應用提供新的見解。MAPLE包括一系列實驗，從最初的功能驗證到隨著時間的推移對系統(tǒng)在不同環(huán)境下的性能進行評估。與此同時，安裝在DOLCE上的可展開臂上的兩個攝像頭和電子箱上的其他攝像頭將監(jiān)控實驗進展，并將反饋信息傳回地球。SSPP團隊希望他們能在發(fā)射后的幾個月內(nèi)對SSPD的性能進行全面評估。</p> <p>&nbsp;</p> <p>許多挑戰(zhàn)仍然存在:在太空中進行實驗&mdash;&mdash;從發(fā)射到航天器部署再到sspd的運行&mdash;&mdash;沒有什么是可以保證的。但無論發(fā)生什么，創(chuàng)造一個太空原型的能力本身就代表了SSPP團隊的一項重大成就。</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>加州理工學院電氣工程和醫(yī)學工程布倫教授、SSPP聯(lián)合主任阿里&middot;哈jimiri說:&ldquo;無論發(fā)生什么，這個原型都是向前邁出的一大步。&rdquo;&ldquo;它在地球上工作，并通過了任何發(fā)射到太空的東西所需要的嚴格步驟。風險仍然很多，但經(jīng)歷了整個過程，我們得到了寶貴的教訓。我們相信，太空實驗將為我們提供大量額外的有用信息，指導我們繼續(xù)推進該項目。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>盡管太陽能電池早在19世紀晚期就已經(jīng)存在于地球上，目前產(chǎn)生了世界上大約4%的電力(除了為國際空間站供電外)，但關(guān)于太陽能發(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傳輸電力。為了克服這些挑戰(zhàn)，SSPP團隊必須設(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實現(xiàn)空間太陽能發(fā)電，同時足夠輕，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合材料，實現(xiàn)前所未有的包裝效率和靈活性。隨著我們已經(jīng)開始研究的進一步進展，我們預計將應用于未來的各種太空任務(wù)。&rdquo;佩萊格里諾說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;整個靈活的MAPLE陣列，以及其核心無線電力傳輸電子芯片和傳輸元件，都是從零開始設(shè)計的。這不是用你可以買到的東西做的，因為它們甚至不存在。這種從根本上重新思考系統(tǒng)對于實現(xiàn)可擴展的SSPP解決方案至關(guān)重要。&rdquo;Hajimiri說。</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)的整套三個原型是由一個大約35人的團隊設(shè)想、設(shè)計、制造和測試的。&ldquo;與工業(yè)環(huán)境(而非學術(shù)環(huán)境)相比，這是在一個較小的團隊和更少的資源下完成的。我們團隊中非常有才華的個人團隊使我們有可能實現(xiàn)這一目標。&rdquo;Hajimiri說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>然而，這些人&mdash;&mdash;一群研究生、博士后和研究科學家&mdash;&mdash;現(xiàn)在代表著蓬勃發(fā)展的太空太陽能領(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，他是加州理工學院工程與應用科學部奧蒂斯&middot;布斯領(lǐng)導主席，霍華德&middot;休斯應用物理和材料科學教授，也是液體陽光聯(lián)盟的主任，該聯(lián)盟是一家致力于利用陽光制造可用于工業(yè)化學品、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>這三個測試平臺的成功或失敗將以多種方式來衡量。對DOLCE最重要的測試是結(jié)構(gòu)完全從其折疊配置部署到其開放配置。對于ALBA來說，一個成功的測試將提供哪些光伏電池具有最大的效率和彈性的評估。MAPLE的目標是根據(jù)需要向不同的特定目標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實驗室和南加州航天工業(yè)的同事征求關(guān)于用于開發(fā)成功任務(wù)的設(shè)計和測試程序的建議。我們試圖降低失敗的風險，盡管開發(fā)全新的技術(shù)本身就是一個充滿風險的過程。&rdquo;佩萊格里諾說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>SSPP的目標是最終在全球范圍內(nèi)提供負擔得起的、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，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>