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构想中的轨道反射器可在黄昏和黎明时分提高太阳能利用率

来源：cnBeta2024/1/17 8:41:30112
导读
如果能够规划出一条每天照射 13 个大型太阳能发电场的路线，再加上 5 个轨道反射器，该系统每天就能提供 284 兆瓦时的太阳能。
　　清晨和傍晚的电力需求会激增，而此时太阳能电池却恰好无能为力。但苏格兰的研究人员说，轨道发射成本越来越低，巨型天基反射器很快就能成为这些时段的可行供电方式。
 
　　你可以把它看作是空间太阳能的另一种方式--但不是把巨型光伏阵列放在天上，然后试图把电能传送到地球上，而是在轨道上悬挂大型镜面结构，用它们把更多的太阳能转送到地面，供地面设施收集。
 
　　事实上，赫尔曼-奥伯斯(Hermann Oberth)在 1929 年出版的《太空飞行之路》(Ways to Spaceflight)一书中就提出过类似的建议，他认为这是一种潜在的方法，可以为城市提供照明，保护农作物免受一夜霜冻的侵袭，甚至可以让遥远的北半球整个地区保持无冰状态，使其在寒冷的冬季更适合居住。
 
　　不过，他也警告说，这种装置可能被用于将太阳能集中到较小的区域，以达到军事目的："可以用它来爆炸弹药工厂，制造龙卷风和雷暴，摧毁行军部队及其后备力量，烧毁整个城市，一般来说会造成最大的破坏。"但我们暂且不谈这个。
 
　　反射镜将阳光引向表面的大型太阳能电池阵列，然后在超出范围时转向别处 图/格拉斯哥大学
 
　　俄罗斯科学家早在 1993 年就证明了这一概念的可行性，当时他们的 20 米(66 英尺)Znamya-2 太空镜向地球反射了一道微弱的闪光，从欧洲部分地区的夜空中都能看到这道闪光。
 
　　格拉斯哥大学的一个研究小组认为，现在正是对太阳能反射镜进行认真研究的好时机，因为 SpaceX 和其他私营公司承诺，他们很快就会把轨道发射的每公斤成本降低到足够低的水平，从而使这些反射镜具有商业价值。
 
　　研究人员称之为"太阳空间"(Solspace)项目的大致构想是这样的：将一些反射器卫星送入高空太阳同步轨道，每天在大致相同的地面路径上运行。选择这条路径是为了让尽可能多的大型地面太阳能发电场都能看到这些反射器。
 
　　利用电动陀螺仪在轨道上瞄准大型反射器
 
　　每颗卫星都将部署一个由镀铝 Kapton 制成的六角形反射器，每个边长 250 米(820 英尺)，总面积为 162,380 平方米(175 万平方英尺)。
 
　　这些反射器可以在轨道上使用四个电动控制矩陀螺仪进行转向和瞄准，这些陀螺仪呈金字塔结构；通过加速和减速这些陀螺仪，可以使整个反射器向任何方向旋转。
 
　　该团队表示，反射镜的轨道高度约为 900 千米(约为国际空间站高度的两倍)，每次反射镜经过可照亮地表上 10 平方千米(3.9 平方英里)的区域约 17 分钟，每次经过可为地表提供约 34-36 兆瓦时的能量。这样，大型太阳能发电场(如澳大利亚北部的太阳电缆公司)就能以它们所能达到的任何效率捕获这些能量，在需求高峰期发电，否则它们就什么也做不了。
 
　　只要能提供有用的电力，太阳空间反射器就会聚焦在一个太阳能电池阵上，然后旋转离开，将能量转向太空，直到经过下一个大型太阳能电池阵，希望每天都能为许多太阳能电池阵提供服务，甚至有可能成为规划新太阳能电池阵时的一个考虑因素。如果能够规划出一条每天照射 13 个大型太阳能发电场的路线，再加上 5 个轨道反射器，该系统每天就能提供 284 兆瓦时的太阳能。
 
　　这会造成光污染干扰吗？Solspace团队认为不会。项目团队成员 Onur Çelik 在《对话》中写道："即使在最亮的时候，我们估计每个反射器的照明水平也只能持续几分钟，不会超过阴天的水平。这意味着，除非你离太阳能发电场非常近，否则大部分时间可能根本无法察觉到照明，尤其是在黎明/黄昏时分，因为此时的天空与夜晚相比已经相当明亮。"
 
　　多个轨道反射器使暮色变为太阳能日光
 
　　通过这种方式，轨道反射器可以在黎明/黄昏时提供电能，与锂电池等短期电网级储能解决方案所提供的能量相抗衡或增强其能量。作为参考，电池目前的平准化存储成本(LCoS)约为每兆瓦时存储和释放能量 314 美元。
 
　　Solspace 项目的目标是，假设运行寿命约为 20 年，发射成本约为每公斤 232 美元，空间反射太阳能发电的平准化能源成本(LCoE)接近 70 美元。
 
　　根据《乔治城安全研究评论》，SpaceX 公司的可重复使用猎鹰 9 号火箭已将轨道发射的价格降至每公斤约 1520 美元。埃隆-马斯克(Elon Musk)预测，一旦多艘可重复使用的"星际飞船"(Starship)开始高频率发射，其成本也将在 2-3 年内下降 90%。
 
　　Solspace团队在一篇新论文中研究了轨道反射器系统的实用性
 
　　现在，SpaceX确实已经取得了令人惊叹的成果，开辟了各种轨道机会，而这些机会在原本的NASA的发射计划下可能永远不可能实现。因此，虽然这个时间表几乎肯定是非常乐观的，但似乎可以合理地预计，Solspace 公司所需的每公斤 232 美元的发射成本将在不远的将来实现。
 
　　因此，如果这些轨道太阳能反射器只是为世界各地的一些大型太阳能发电场供电，那么它们肯定是可行的。至于其他用途，比如击退霜冻、给农作物多一点阳光、城市照明等等......谁知道呢？谁知道呢，这些东西一旦投入使用，也许就能派上用场了。
 
　　这项研究已在《太空研究进展》(Advances in Space Research)杂志上公开发表。
 
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