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自上世紀(jì)70年代首次提出以來，空間太陽能一直是個(gè)超現(xiàn)實(shí)主義的夢(mèng)想。進(jìn)入21世紀(jì)，3D打印讓這個(gè)夢(mèng)想有了照進(jìn)現(xiàn)實(shí)的可能。
相較于地面太陽能，空間太陽能（SBSP）擁有眾多優(yōu)勢(shì)。但將太陽能電池板送上空間軌道的成本極高，因此發(fā)展前景曾遭受強(qiáng)大阻力。3D打印能夠很好地縮減空間太陽能的成本，使其成為可為人類所用的能源。
3D打印近些年發(fā)展迅速，態(tài)勢(shì)喜人。相較于將提前生產(chǎn)好的太陽能電池板送入太空的做法，“將特定的3D打印機(jī)送入太空，直接在空間軌道上生產(chǎn)太陽能電池板”將大幅壓低成本。
美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）早前通過“Innovative Advanced Concepts”項(xiàng)目向TUI公司的產(chǎn)品—— SpiderFab 3D機(jī)器人打印機(jī)提供了投資。TUI首席執(zhí)行官Rob Hoyt解釋，產(chǎn)品的整體構(gòu)想是在太空創(chuàng)造一個(gè)簡(jiǎn)潔的、持久耐用的組裝指令，操控3D打印技術(shù)和機(jī)器人在太空制造空間太陽能系統(tǒng)，以此替代太陽能電池板在地球的生產(chǎn)、安裝過程。
通過3D打印技術(shù)，人們只需要將打印機(jī)運(yùn)送至太空，就能實(shí)現(xiàn)空間元件制造和設(shè)備搭建。飛行器裝載量將減少10倍，重量減少50%-80%。
包括3D打印機(jī)和機(jī)器人在軌制造太陽能電池板元件在內(nèi)的技術(shù)只需用更小、更便宜的運(yùn)載火箭將物料帶入太空即可，這將為空間太陽能創(chuàng)造前所未有的性價(jià)比。
一旦進(jìn)入太空，SpiderFab將完成安裝長(zhǎng)形、高性能的桁架結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)用于支撐系統(tǒng)部件，使系統(tǒng)的大型支撐結(jié)構(gòu)得以安裝，系統(tǒng)包括數(shù)百個(gè)太陽能電池板、大型太陽能反射器、足球場(chǎng)大小的天線。
為了實(shí)現(xiàn)空間太陽能發(fā)電，SpiderFab將完成兩個(gè)基本步驟。首先，3D打印機(jī)將搭建一個(gè)碳纖維桁架結(jié)構(gòu)作為整個(gè)系統(tǒng)的框架。之后，如果要在太空中部署聚焦式太陽能的話，機(jī)器人會(huì)根據(jù)指令在桁架結(jié)構(gòu)上覆蓋一層PV薄膜或反射物質(zhì)。
Hoyt表示，盡管公司還沒有對(duì)空間太陽能的細(xì)節(jié)進(jìn)行分析，但TUI已經(jīng)通過設(shè)計(jì)分析確認(rèn)，SpiderFab能夠在太空生產(chǎn)裝機(jī)為300千瓦的太陽能設(shè)備。
曾負(fù)責(zé)NASA阿波羅月球車項(xiàng)目的Hubert Davis表示，與地球同步運(yùn)行的太陽能系統(tǒng)能夠克服在地球上的間歇性缺陷，它們能夠在99%的時(shí)間里保持發(fā)電。目前地面太陽能電價(jià)已經(jīng)能夠與電網(wǎng)電價(jià)持平，但因缺少商用儲(chǔ)能設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)持續(xù)的電力供給。以目前的技術(shù)成本，倘若使用儲(chǔ)能設(shè)施，那么電價(jià)將漲至現(xiàn)在的2-3倍。
因此，不論從能源安全或經(jīng)濟(jì)方面考量，空間太陽能的使用都將為人類帶來便利。
Solar High Group是一個(gè)由前NASA科學(xué)家和退役軍官組成的團(tuán)體，作為空間太陽能的擁護(hù)者，他們致力于將政府的財(cái)力和行業(yè)技術(shù)拼接到一起。自上世紀(jì)70年代起，該團(tuán)體致力于在行業(yè)中尋找技術(shù)可行性高、對(duì)環(huán)境產(chǎn)生積極影響、能為人類所利用的技術(shù)和方案。但上世紀(jì)所有的空間太陽能技術(shù)都極其昂貴，并且技術(shù)上毫無新意。目前，包括日本在內(nèi)的多國(guó)科學(xué)家都在認(rèn)真研究空間太陽能，但成本問題始終是阻礙這一技術(shù)向前發(fā)展并推廣至商用階段的障礙。
NASA阿波羅計(jì)劃工程師Philip Chapman在2012年8月發(fā)表的計(jì)算結(jié)果中得出結(jié)論，空間太陽能的交貨成本大約在0.1美元/千瓦時(shí)至0.11美元/千瓦時(shí)之間。
根據(jù)他于2013年7月的計(jì)算更新，在交貨成本范圍內(nèi)，發(fā)射成本在0.008美元/千瓦時(shí)至0.023美元/千瓦時(shí)之間。
3D技術(shù)的使用能夠保證運(yùn)輸數(shù)量和重量大大減小，因此運(yùn)輸成本也將大幅下降。但成本并不是空間太陽能面臨的唯一挑戰(zhàn)。
Solar High Group證實(shí)，安全是第二大障礙。空間太陽能裝置所發(fā)電力將通過微波傳動(dòng)裝置從太空軌道傳到地球，這個(gè)過程中的電量將是微波爐產(chǎn)生電量的200萬倍。
此外，當(dāng)?shù)厍虻慕邮照居腥魏沃袛鄷r(shí)，傳輸必須立刻終止。Richard Dickinson表示，飛機(jī)能夠安全地從電波中穿過。并且，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，敏感如蜜蜂這樣的小昆蟲在穿過電波時(shí)亦不會(huì)受到任何影響。
NASA的工程師解釋，導(dǎo)致空間太陽能難以向前發(fā)展的真正原因有二。首先，公共事業(yè)公司認(rèn)為發(fā)展空間太陽能是冒險(xiǎn)的行為，并且是并不值得的冒險(xiǎn)。其次，其它能源資源的擁護(hù)者們不希望空間太陽能的出現(xiàn)來“搶飯碗”。
即使阻力重重，3D打印的出現(xiàn)和應(yīng)用成全了不同技術(shù)之間的融合，使現(xiàn)有技術(shù)能夠解決更多問題。
波音公司（Boeing）和通用電氣公司（GE）正在嘗試?yán)?D打印技術(shù)制造飛機(jī)零件，更小規(guī)模的應(yīng)用程序已經(jīng)進(jìn)入到制造商的供應(yīng)鏈中。
Hoyt曾表示，由于有了NASA的資金支持，SpiderFab打印機(jī)再過3至5年就可以被送入太空。
（來源：The Energy Collective，文章有刪節(jié)、標(biāo)題有改動(dòng)）（楊團(tuán)團(tuán)／編譯）
相較于地面太陽能，空間太陽能（SBSP）擁有眾多優(yōu)勢(shì)。但將太陽能電池板送上空間軌道的成本極高，因此發(fā)展前景曾遭受強(qiáng)大阻力。3D打印能夠很好地縮減空間太陽能的成本，使其成為可為人類所用的能源。
3D打印近些年發(fā)展迅速，態(tài)勢(shì)喜人。相較于將提前生產(chǎn)好的太陽能電池板送入太空的做法，“將特定的3D打印機(jī)送入太空，直接在空間軌道上生產(chǎn)太陽能電池板”將大幅壓低成本。
美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）早前通過“Innovative Advanced Concepts”項(xiàng)目向TUI公司的產(chǎn)品—— SpiderFab 3D機(jī)器人打印機(jī)提供了投資。TUI首席執(zhí)行官Rob Hoyt解釋，產(chǎn)品的整體構(gòu)想是在太空創(chuàng)造一個(gè)簡(jiǎn)潔的、持久耐用的組裝指令，操控3D打印技術(shù)和機(jī)器人在太空制造空間太陽能系統(tǒng)，以此替代太陽能電池板在地球的生產(chǎn)、安裝過程。
通過3D打印技術(shù)，人們只需要將打印機(jī)運(yùn)送至太空，就能實(shí)現(xiàn)空間元件制造和設(shè)備搭建。飛行器裝載量將減少10倍，重量減少50%-80%。
包括3D打印機(jī)和機(jī)器人在軌制造太陽能電池板元件在內(nèi)的技術(shù)只需用更小、更便宜的運(yùn)載火箭將物料帶入太空即可，這將為空間太陽能創(chuàng)造前所未有的性價(jià)比。
一旦進(jìn)入太空，SpiderFab將完成安裝長(zhǎng)形、高性能的桁架結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)用于支撐系統(tǒng)部件，使系統(tǒng)的大型支撐結(jié)構(gòu)得以安裝，系統(tǒng)包括數(shù)百個(gè)太陽能電池板、大型太陽能反射器、足球場(chǎng)大小的天線。
為了實(shí)現(xiàn)空間太陽能發(fā)電，SpiderFab將完成兩個(gè)基本步驟。首先，3D打印機(jī)將搭建一個(gè)碳纖維桁架結(jié)構(gòu)作為整個(gè)系統(tǒng)的框架。之后，如果要在太空中部署聚焦式太陽能的話，機(jī)器人會(huì)根據(jù)指令在桁架結(jié)構(gòu)上覆蓋一層PV薄膜或反射物質(zhì)。
Hoyt表示，盡管公司還沒有對(duì)空間太陽能的細(xì)節(jié)進(jìn)行分析，但TUI已經(jīng)通過設(shè)計(jì)分析確認(rèn)，SpiderFab能夠在太空生產(chǎn)裝機(jī)為300千瓦的太陽能設(shè)備。
曾負(fù)責(zé)NASA阿波羅月球車項(xiàng)目的Hubert Davis表示，與地球同步運(yùn)行的太陽能系統(tǒng)能夠克服在地球上的間歇性缺陷，它們能夠在99%的時(shí)間里保持發(fā)電。目前地面太陽能電價(jià)已經(jīng)能夠與電網(wǎng)電價(jià)持平，但因缺少商用儲(chǔ)能設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)持續(xù)的電力供給。以目前的技術(shù)成本，倘若使用儲(chǔ)能設(shè)施，那么電價(jià)將漲至現(xiàn)在的2-3倍。
因此，不論從能源安全或經(jīng)濟(jì)方面考量，空間太陽能的使用都將為人類帶來便利。
Solar High Group是一個(gè)由前NASA科學(xué)家和退役軍官組成的團(tuán)體，作為空間太陽能的擁護(hù)者，他們致力于將政府的財(cái)力和行業(yè)技術(shù)拼接到一起。自上世紀(jì)70年代起，該團(tuán)體致力于在行業(yè)中尋找技術(shù)可行性高、對(duì)環(huán)境產(chǎn)生積極影響、能為人類所利用的技術(shù)和方案。但上世紀(jì)所有的空間太陽能技術(shù)都極其昂貴，并且技術(shù)上毫無新意。目前，包括日本在內(nèi)的多國(guó)科學(xué)家都在認(rèn)真研究空間太陽能，但成本問題始終是阻礙這一技術(shù)向前發(fā)展并推廣至商用階段的障礙。
NASA阿波羅計(jì)劃工程師Philip Chapman在2012年8月發(fā)表的計(jì)算結(jié)果中得出結(jié)論，空間太陽能的交貨成本大約在0.1美元/千瓦時(shí)至0.11美元/千瓦時(shí)之間。
根據(jù)他于2013年7月的計(jì)算更新，在交貨成本范圍內(nèi)，發(fā)射成本在0.008美元/千瓦時(shí)至0.023美元/千瓦時(shí)之間。
3D技術(shù)的使用能夠保證運(yùn)輸數(shù)量和重量大大減小，因此運(yùn)輸成本也將大幅下降。但成本并不是空間太陽能面臨的唯一挑戰(zhàn)。
Solar High Group證實(shí)，安全是第二大障礙。空間太陽能裝置所發(fā)電力將通過微波傳動(dòng)裝置從太空軌道傳到地球，這個(gè)過程中的電量將是微波爐產(chǎn)生電量的200萬倍。
此外，當(dāng)?shù)厍虻慕邮照居腥魏沃袛鄷r(shí)，傳輸必須立刻終止。Richard Dickinson表示，飛機(jī)能夠安全地從電波中穿過。并且，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，敏感如蜜蜂這樣的小昆蟲在穿過電波時(shí)亦不會(huì)受到任何影響。
NASA的工程師解釋，導(dǎo)致空間太陽能難以向前發(fā)展的真正原因有二。首先，公共事業(yè)公司認(rèn)為發(fā)展空間太陽能是冒險(xiǎn)的行為，并且是并不值得的冒險(xiǎn)。其次，其它能源資源的擁護(hù)者們不希望空間太陽能的出現(xiàn)來“搶飯碗”。
即使阻力重重，3D打印的出現(xiàn)和應(yīng)用成全了不同技術(shù)之間的融合，使現(xiàn)有技術(shù)能夠解決更多問題。
波音公司（Boeing）和通用電氣公司（GE）正在嘗試?yán)?D打印技術(shù)制造飛機(jī)零件，更小規(guī)模的應(yīng)用程序已經(jīng)進(jìn)入到制造商的供應(yīng)鏈中。
Hoyt曾表示，由于有了NASA的資金支持，SpiderFab打印機(jī)再過3至5年就可以被送入太空。
（來源：The Energy Collective，文章有刪節(jié)、標(biāo)題有改動(dòng)）（楊團(tuán)團(tuán)／編譯）
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