戴森球 随着第一台蒸汽机投入使用,人类从此迈入了工业化社会。在工业化社会中,能源成为了人类社会中最重要的东西之一。石油、煤炭、天然气等化石能源推动着人类社会的进步和发展,如果 失去了这些能源 ,我们人类的文明必然会 倒退回农业社会 。 然而地球上的化石能源并不是无穷无尽,像煤炭是地球碳质的沉积,像石油我们虽然目前并不知道它是如何诞生的,但是我们可以确定它在地球上的储量也是 有限 的。因此为了 缓解能源危机 ,人类想出了很多设想,并提出了几条新能源路线。 潮汐能 在使用新能源的设想中,最有意思且最知名的设想莫过于 戴森球 了。戴森球是美国科学家弗里曼·戴森在上个世纪60年代提出的设想,在该设想中我们人类可以用很多能够 吸收太阳能 的人造物体将太阳包裹,这样我们就能吸收太阳绝大部分甚至是全部的能量 为人类所用 。 在逻辑上, 戴森球的出现是必然的 ,因为随着一个文明的逐渐发展,行星上所蕴含的能量必然 无法满足文明的发展和扩张 ,因此该文明向着太空拓展并寻求能源是一定会发生的事。而在宇宙中,最引人瞩目的能量源莫过于遍布宇宙的 恒星 ,因此建造戴森球在理论上成为了一个文明发展的必经之路。 戴森球构想图 介于该理论,很多人提出可以通过在宇宙中搜寻戴森球的痕迹来寻找那些先进的地外文明。而 我们还真的在宇宙中发现过疑似戴森球的结构 。 2020年 ,美国NASA发现距离太阳系1480光年外有一颗天文学临时编号为 KIC8462852 的恒星在我们的观测中忽明忽暗,整个恒星有绝大部分 被不知名的结构包裹了,遮挡住了大量该恒星向外辐射的能源 。 KIC8462852恒星CG图 在观测中,该 恒星亮度下降最严重的时候降低了22% ,这意味着如果这真的是一个戴森球结构,那么建造它的文明能使用该恒星散发出的能量至少达10%以上。要知道地球从太阳那里吸收的能量仅 占太阳散发出总能量的60亿分之一 ,但是这60亿分之一支撑着地球的万物生长和文明演化。而地球所吸收的太阳能,我们人类利用的也仅占了极小一部分。 因此戴森球对于一个文明的发展无疑具有极为巨大的作用。然而戴森球有一个非常尴尬的地方,那就是 能用上的造不了,能造出来的用不上 。 有科学家推测,如果要造一颗戴森球并将戴森球的零件送到太阳周围, 需要用到的能量是极为巨大的 ,而能够使用如此庞大能源的文明,自然不需要担心能源枯竭。 戴森球构想图 光伏发电技术——戴森球的起点 或许无法造出一整个戴森球,但是造戴森球的一部分是可以的。目前人类掌握着一种可能是建造戴森球初始产品的技术,而且这项技术所有人都见过,那就是 太阳能光伏发电板 。 在地球上,我们人类早已在无数空旷的地区建造了太阳能发电站。目前全球规模最大的发电站在我国内蒙古鄂尔多斯市,该太阳能发电站占地面积达 65平方公里 ,走进其中漫山遍野全是湛蓝色的太阳能光伏发电板。 太阳能光伏发电板 这65平方公里如果铺在太阳周围,和太阳一比较无疑是一个比分子还要小的小点,但是任何大事都是从小事干起的。因此掌握了先进的光伏发电技术并将其送到太空使用完全可以看做是 人类建造戴森球的起点 。 事实上全球有很多国家早已提出了建造太空太阳能发电站的计划,像 日本在2009年就提出了建造太空太阳能发电站的计划 ,并计划在 2040年完成 。但是小编个人认为这是日本某些部门打着建造太空发电站敛财的借口,毕竟日本不光没技术,而且各政府部门贪污腐败横行,能在2040年完成这种项目就 不太现实 。 太空发电站构想图 日本虽然建造出太空太阳能发电站的可能性不大,但是有一个国家却有了建造太空太阳能发电站的苗头,这个国家就是美国。在2008年的时候, 美国成功完成了一场145公里距离的微波无限传输技术 。那么这个微波无限传输技术和太空太阳能发电站有什么关系呢?这就要说到能源传输的问题了。 太空太阳能发电站的能源传输问题 如果我们要在太空建立一个光伏发电站,那么就必须要解决 能源的传输问题 。毕竟不可能用两条高压线连接地面和太空发电站,因此有科学家提出了两种能源传输技术,一种是靠 蓄电池传输 ,一种是 微波无线传输 。 蓄电池 前者很好理解,我们可以 将太空太阳能发电站连接大量的蓄电池 ,当太空太阳能发电站发了电后,其生产的电能就能储存在蓄电池中,然后我们只需要派货运船到发电站用没有蓄电的蓄电池去 更换已经充满电的蓄电池 ,并将其运送回来就可以了。目前来说中国的锂电池技术全球第一,走到了其它国家的前面,所以该设想的前景还是很广阔的。 第二种设想是 将太空太阳能发电站生产的电转换成微波 ,或者是直接利用太阳能生产微波,然后让微波无线传输到地球表面的接收站,最后再 将微波转换成电 。该技术目前的发展已经走上了起步阶段,像很多手机现在都已经开始支持无线充电技术了,而无线充电就是使用的该技术。 太空电能传输 不过太空微波传输有两个难点,一个是地面距离太空最近处也有 100公里 ,这么长的距离如何无线传输如此庞大的能源是一个大问题。第二个难点就是微波具有 散射性 ,如此长的距离在传输时必然会因为散射损耗绝大部分能量,如何避免这种损耗也是一个大问题。 也正是因为这两个难点才会使得美国的145公里传输微波实验如此受人关注。当然,就目前来说美国的这一实验同样只能说明美国在该技术上已经起步,距离真正的投入使用 还有很长一段路要走 。 太空太阳能发电站的好处 就目前而言,我们人类要建造一个太空太阳能发电站还任重而道远。我们不能将太阳能光伏发电板送到太阳附近,人类目前还没那技术。因此我们现在 最多在近地轨道上建设太空太阳能发电站 ,而近地轨道上的太空太阳能发电站因为没有地球大气层吸收绝大部分太阳辐射,因此所生产的电量远超地面上的太阳能发电站。 近地轨道上的卫星 此外近地轨道上的太阳能发电站还有很多的好处。首先是 保证了传输方便 。如果我们人类真的能够在太空建发电站了,那么电量不管是运到北京、上海等一线城市还是运到西藏、内蒙古等相对落后地区,在成本上二者是一样的,也不会有我们现在西电东送的难题了。 其次就是保证了 安全性 。在太空建设发电站,就没有那些密密麻麻的高压电线,如果我国走无线微波传输的路子,那么说不定也不需要地面基站连接到千家万户的电网,其安全性自然能得到极大的保障。 传统的地面卫星接收站 如果无线传输的技术成熟了,我们的各种电器也不需要充电线或者是电池之类的东西了。很多科幻小说中都出现过到处都有电的社会,像手机不需要充电线,整个墙壁不需要连接电路就能当灯泡用。 如果太空太阳能发电站和无线传输技术得到突破,那么这种科幻的场面就会成为现实 。 太空太阳能发电站的建造难点和问题 现在之所以没有出现太空太阳能发电站,除了技术上的原因外还有 成本 上的原因。我们要建造太空太阳能发电站肯定是从近地轨道开始建起,而近地轨道的太空太阳能发电站所需要的光伏发电板面积是极为巨大的。 有科学家推算过,如果真要在近地轨道建造太空太阳能发电站,那就需要 千吨的光伏发电板 。这么庞大的重量运上太空, 成本会10倍于三峡水电站的造价 。 三峡水电站 而且除了建造的成本远超三峡外,这种位于太空中的发电站维护保养起来难度和成本更加巨大。因为在近地轨道上漂浮着 300亿颗左右的细小太空垃圾 ,这些太空垃圾在各种力量的作用下蕴含着不亚于 出膛子弹的动能 。一旦这些太空垃圾打中发电站,就会对发动机造成极大的破坏。 因此我们如果要保护发动机并在发电站被破坏后维修它需要付出巨大的成本和精力,以人类现在的技术水平和生产力来说, 这种成本是我们目前无法承受的 。 不过对于我国来说,这种太空太阳能发电站的前景真的很广阔。我们先前说过中国的锂电池技术已经走到了世界前列,光是凭借着这种优势就将中国建设太空太阳能发电站的道路推进了一大步。 太阳能是国际空间站主要电力来源 在微波无限传输技术方面我国稍逊于美国,但是差不了太多,如果我国决心要建造太空太阳能发电站,微波传输技术的突破是很快的。而在这两项传输技术之上,就是最为核心的 光伏发电技术 了。 目前中国的光伏发电技术不仅 在先进性上走到了世界前列 ,而且还 在使用规模上达到了世界第一 。中国目前是全球用电量最大的国家,用电量高出美国近三分之一。而目前为止 中国新能源发电量占总发电量的20%~40% ,其中风能和太阳能是其中的大头。 风力发电 我国内蒙古鄂尔多斯市那占地65平方公里的太阳能发电站只是中国太阳能发电那庞大规模的一个缩影。可见 中国在太空太阳能发电站的建设上技术已经领跑全球 。