从太空发射清洁能源
曾经被认为是科幻小说, 能够在太空中收集太阳能并将其传输到地球，从而为全球提供清洁和负担得起的能源的技术正在接近现实. 通过天基太阳能项目(SSPP), 电子竞技菠菜网的一组研究人员正致力于部署一个收集阳光的模块化航天器星座, 将其转化为电能, 然后将电力无线传输到任何需要的地方，包括目前无法获得可靠电力的地方.
“这是一项非同寻常、史无前例的工程,哈利·阿特沃特说, 他是SSPP研究员，也是电子竞技菠菜网工程与应用科学部奥蒂斯·布斯领导主席. “它体现了应对我们这个时代最重大挑战之一所需的勇气和雄心, 为世界提供清洁和可负担的能源."
该项目由阿特沃特联合领导, 他也是霍华德休斯应用物理和材料科学教授, 以及另外两名研究人员:Ali Hajimiri, Bren Professor of Electrical 工程 and SSPP的联合主任; and Sergio 培, Joyce和Kent Kresa航空航天和土木工程教授, SSPP的联合主任, 喷气推进实验室(JPL)的高级研究科学家.
在太空中利用太阳能依赖于三个主要领域的突破性进展:
- 阿特沃特的研究小组正在设计超轻高效光伏(将光转化为电能的材料)，这种材料在空间条件下进行了优化，并与集成的模块化功率转换和传输系统兼容.
- Hajimiri的研究团队正在开发一种低成本、轻量的技术，用于将直流电转换为射频电源(用于传输手机信号), 例如)并以微波的形式发送到地球. Hajimiri解释说，这个过程是安全的. 表面的非电离辐射比站在太阳下的危害要小得多. 此外，该系统可以在损坏或故障的情况下迅速关闭.
- 佩莱格里诺的团队正在发明可折叠设备, 超薄, 以及超轻空间结构，以支持光伏以及转换所需的组件, 传输, 引导无线电频率能量到需要的地方.
研究人员设想的系统的基本单元是一个4英寸乘4英寸的瓷砖，重量不到十分之一盎司. 成千上万个这样的瓦片将组合成一个飞毯状卫星系统, 一旦展开, 会产生一个测量为3的阳光收集表面.5平方英里.
SSPP的工作得到了超过 一亿美元的资金 唐纳德·布伦, 他是欧文公司的主席，也是电子竞技菠菜网的终身会员, 还有他的妻子, 林布伦, 电子竞技菠菜网受托人. 诺斯鲁普·格鲁曼公司提供 资助初步可行性研究.
阿特沃特, Hajimiri, 和佩莱格里诺讨论了他们的进展，以及天基太阳能的转化潜力，因为该项目接近一个重要的里程碑:原型机将于2022年12月测试发射到太空.
描述天基太阳能发电项目背后的愿景. 这个项目是如何形成的?
塞吉奥培: 那是十多年前的事了, in 2011, 对话开始时，唐纳德·布伦问电子竞技菠菜网在可持续能源和太空领域的研究方面是否有任何想法. 我们开始讨论, 在一群教员中, 建立在我们的兴趣和每个领域发生的事情上的方法可能会导致一个非常有影响力的研究计划. 几个月的时间, 我们想到了一个愿景——我称之为梦想——三到四个技术突破, 结合, 是否会改变以前使用太空太阳能的方式.
阿里Hajimiri: 这个概念在过去是真正的科幻小说. 是什么让我们有可能把它从科幻小说的领域带到现实的领域，是在哈里的实验室中发生的光伏发展的结合, 在塞尔吉奥实验室的结构中, 以及在无线电力传输方面, 在我的实验室里发生了什么. 我们意识到，我们现在可以以一种既实用又经济的方式利用太空太阳能.
人们首先会问的一个问题是，“你为什么要把光伏设备送入太空?“嗯, 在太空中, 那里没有白天和黑夜，没有云彩之类的东西, 你会得到8倍多的能量. 这个项目的愿景是能够提供你所需要的能量, 在你需要的地方, 当你需要的时候.
在实现这个雄心勃勃的愿景方面，你取得了哪些进展?
培在两年的时间里，我们建造并演示了一个原型瓷砖. 这是捕获阳光并传输能量的关键模块化元素. 通过这个过程, 我们学到了很多关于如何设计这种高度集成和超轻系统的知识. 然后我们开发了第二个原型机，比第一个轻33%.
Hajimiri: 正如Sergio所提到的，这个贴图是更大系统的构建块. 它必须是功能齐全、兼容并可扩展的. 虽然听起来很简单，但实际上很复杂. 这些瓷砖被安装在一个非常灵活的结构上，可以折叠，以适应运载火箭. 一旦部署, 结构膨胀了, 这些瓷砖协同工作并同步产生能量, 将其转换, 把它转移到你需要的地方，而不是其他地方.
你能告诉我们这个项目下一阶段的计划吗?
阿特沃特除非你真的去了太空，否则一切都不是真的. 正如Sergio和Ali所描述的，我们在实验室中演示了这个叫做瓷砖的关键单元元素. 从那一系列的演示中得到的教训之一是，我们需要遵循的光伏途径必须从根本上改变. 我们用的是传统的光伏材料, 哪一种设计形式会使它难以达到单位面积质量和特定功率的目标, 所以我们必须彻底重新思考光伏战略. 结果是, 我们在太空中测试的光伏设备实际上从未在太空中飞行过.
培目前大多数航天器都有太阳能电池阵列——光伏电池连接到载体结构上——但不是用这种材料，也没有折叠到我们已经达到的尺寸. 通过使用新颖的折叠技术, 灵感来自折纸, 我们能够大大缩小巨型航天器的尺寸以进行发射. 包装很紧，基本上没有任何空隙.
Hajimiri这种性质的无线电力传输尚未在太空中得到证实. 我们也用我们的灵活的, 轻质材料, 不一定是刚性结构. 这增加了复杂性.
如果太空太阳能成为现实，它会对社会产生什么影响?
Hajimiri: 它将彻底改变能源的性质和获取方式，使之无处不在, 它变成了可分配的能量. 你可以把它送到你需要的地方. 这种能量的重定向不需要任何机械运动, 纯通过电子手段使用聚焦阵列, 这使得它非常快.
阿特沃特: 我想可以说布伦夫妇的愿景是要做一些, 正如阿里所说, 最初几乎来自于科幻小说, 做一些会成为世界大规模能源来源的事情.
培:我们有JPL的合作者加入我们的团队, 当我们开始思考这些太空演示时，这种合作已经变得强大和有用. 关于能源的讨论实际上也延伸到了太空探索中. 我们正在为喷气推进实验室思考未来任务的方式打开新的篇章.
说到合作，跨研究领域的工作是SSPP成功的不可或缺的一部分. 在一个长期项目的过程中如此紧密地合作是什么感觉?
Hajimiri:学生, 的博士后, 我们所有人一直在密切合作, 我们已经学习了很多关于彼此领域的知识. 这就产生了一些比各部分之和更大的东西, 无论是项目的最终结果还是学生得到的培训. 这种训练对太空技术的未来非常重要, 无论是无线电力传输, 通信, 空间结构, 或者其他我们还没想过的应用.
阿特沃特我以前一直在光电领域工作，但在这次机会出现之前，我做梦也没有想到自己会参与到太空中来. 对我来说，这是一扇通向全新科学世界的窗户. 这是非常令人兴奋的.
培有时我们会觉得我们在逼迫同事去做一些他们明明认为不可能的事情，但后来发现并不是不可能的. 那是一种美妙的感觉. 这是一种不同的研究, 在你自己的领域里，你在哪里做到了最好, 但是您还可以利用接口与其他字段, 一个真正有益于社会的集体制度. 造福社会是一件比在自己的领域里做好工作要复杂得多的事情. 这更具挑战性.
