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美國軍事前哨需要大量電力，可這些前哨的位置通常都處于電力供應(yīng)不順暢的地方。在偏遠(yuǎn)地區(qū)設(shè)立工廠時(shí)，美國陸軍每次都無法準(zhǔn)確地建造太陽能電池陣列；除此之外，化石燃料價(jià)格昂貴且很難運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)。

美國陸軍需要的是一種在有限的基礎(chǔ)設(shè)施條件下便可在地球任意一個(gè)地方開發(fā)利用的能源。美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室則想出了一個(gè)解決方案：一組安裝在衛(wèi)星上的太陽能電池陣列，其可在軌道上收集能量并將其傳送到地表。如此以來，在地球上的任何地方，地面服務(wù)人員的移動(dòng)設(shè)備都將能夠使用該種能源，為整個(gè)前沿作戰(zhàn)基地供電或僅用于無線電充電。

這聽起來像是科幻小說中的情節(jié)，非常的不可思議。但美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室的工程師們卻表示，這個(gè)解決方案是有可能實(shí)現(xiàn)的，且他們正努力最早于2024 年就能夠進(jìn)行有關(guān)的技術(shù)演示。

這項(xiàng)提案被稱為“太空太陽能增量示范及研究”。

“太空太陽能增量示范及研究”總工程師曼迪·索夫表示：“‘太空太陽能增量示范及研究’是一種技術(shù)開發(fā)組合。我們最終的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)太陽能到射頻的電力傳輸——我們從太空收集的太陽能來獲取能量，在軌道上將其轉(zhuǎn)換為射頻，然后再將其發(fā)射到地面，然后通過整流天線將其轉(zhuǎn)換為電力。”

美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為這個(gè)方案是可以實(shí)現(xiàn)的，只是需要一定的時(shí)間而已。“太空太陽能增量示范及研究”采用漸進(jìn)式方法，讓概念系統(tǒng)的幾個(gè)技術(shù)元素成熟起來，并會(huì)進(jìn)行三個(gè)示范項(xiàng)目。旗艦項(xiàng)目為“阿拉克涅”（取名自希臘神話中第一個(gè)變成蜘蛛的女人的名字），該項(xiàng)目將包括 2025 年的在軌演示。

“太空太陽能增量示范及研究”的主要承包商是諾斯洛普·格魯門公司。該公司獲得了價(jià)值 1 億美元的合同，其主要側(cè)重點(diǎn)為實(shí)現(xiàn)太陽能到射頻的轉(zhuǎn)換。曼迪·索夫表示，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室還在與其他公司合作研發(fā)高效太陽能電池以及可部署太空架構(gòu)等。

曼迪·索夫表示，一部分的有關(guān)技術(shù)現(xiàn)已成熟，但它們的尺寸還得更小才行。其實(shí)，小型化是實(shí)現(xiàn)“太空太陽能增量示范及研究”所面對(duì)的主要挑戰(zhàn)之一。該系統(tǒng)在太空中的最終尺寸仍在討論中；不過，在很大程度上，這取決于美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室能夠?qū)⒏鞣N組件小型化的程度及其可將整個(gè)結(jié)構(gòu)壓縮成發(fā)射有效載荷的程度。目前來說，對(duì)于太空任務(wù)而言，現(xiàn)有的一些可用技術(shù)太重了，因此美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室工作的大部分重心都在于重新設(shè)計(jì)這些解決方案以減少有關(guān)技術(shù)的質(zhì)量以及尺寸。

如此以來，從太陽收集能量這一方案中的重中之重就是：太陽能電池板。雖然有關(guān)技術(shù)一直處于改進(jìn)中，不過太陽能電池板的表面積與其提供的電力之間通常存在著一定的相關(guān)性。倘如要為小型交通信號(hào)燈供電，也許 1 平方英尺的太陽能電池板就足矣。而“太空太陽能增量示范及研究”將需要比這更多的電力以及太陽能電池板。

曼迪·索夫表示：“在太陽能到射頻的轉(zhuǎn)換方面，太陽能面板越大越好，所以我們投入的資金以及技術(shù)越多就越好。”

“太空太陽能增量示范及研究”通信官雷切爾·德萊尼表示，根據(jù)美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的一項(xiàng)研究，該實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)是能夠產(chǎn)生 1,000 千瓦的電力——這足以運(yùn)行一個(gè)前沿作戰(zhàn)基地。就此而言，GPS III 衛(wèi)星擁有四個(gè)衛(wèi)星陣列，分布在其48英尺的翼展上，共產(chǎn)生約 4,500瓦的功率。“太空太陽能增量示范及研究”將要擴(kuò)大太陽能電池板的效率及其陣列的表面積，以達(dá)到工程師們的目標(biāo)電力值。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室想要采用可折疊的太陽能電池板，這些太陽能電池板可以壓縮成相對(duì)較小的有效載荷進(jìn)行發(fā)射，然后在軌道上就位后展開。對(duì)于衛(wèi)星來說，這種方法挺尋常的，但對(duì)于“太空太陽能增量示范及研究”中的太陽能電池陣列的規(guī)模來說，這方法應(yīng)該是新奇的。

近期，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室在新墨西哥州的柯特蘭空軍基地建立了一個(gè)新的可部署結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室不僅將幫助有關(guān)工程師研發(fā)足以產(chǎn)生 1,000kW 的太陽能電池陣列，還能有效地縮回以便進(jìn)行發(fā)射。該實(shí)驗(yàn)室有足夠的空間讓相關(guān)團(tuán)隊(duì)在抵消地球重力的同時(shí)部署完整的太陽能電池陣列，幫助這些團(tuán)隊(duì)模擬衛(wèi)星在零重力空間環(huán)境中運(yùn)行的情況。如此以來，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室就能夠采用更輕、體積更小的材料（這些材料在地球引力下可能無法使用，但在軌道上則可采用）來建造整顆衛(wèi)星。

節(jié)省空間的一個(gè)重要的創(chuàng)新設(shè)計(jì)——由美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的一種新型“夾心板”，它既可以收集太陽能，又可以將其轉(zhuǎn)換為射頻。

曼迪·索夫表示：“一側(cè)收集太陽能，另一側(cè)則將太陽能轉(zhuǎn)換成射頻，轉(zhuǎn)換的過程就發(fā)生在兩側(cè)之間。此外，我們也的確在努力讓這種‘夾心板’的厚度變薄、質(zhì)量更輕。”

在地表上采用的是整流天線，它將接收來自太空的射頻信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換成可用功率。曼迪·索夫還表示，這項(xiàng)技術(shù)非常靈活。尺寸更大的整流天線可以安裝在前方作戰(zhàn)基地的每座建筑上，提供自太空獲得的持續(xù)能源。不過，其也可在更小的范圍內(nèi)使用。也許可以在士兵的帳篷中安裝一個(gè)較小的整流天線，讓他們?cè)谝巴鈺r(shí)可以為收音機(jī)以及其他電子設(shè)備充電。 美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室甚至還考慮了一種簡單的傘狀設(shè)計(jì)，方便攜帶至野外——只需將其展開，就有電力。

倘若有合適的設(shè)備，那么處于光束路徑上的任何人員都無需用到電線便可獲得電力。且光束覆蓋的范圍也很廣泛。設(shè)備的最終尺寸將取決于美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室研制而出的最終產(chǎn)品；不過，目前，有關(guān)工程師希望只需要用到一顆衛(wèi)星，光束的覆蓋范圍就能夠達(dá)到數(shù)十公里。美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室想要讓整個(gè)衛(wèi)星群都由 12 顆稱為“星河號(hào)”的衛(wèi)星組成，讓它們?cè)谥械厍蜍壍郎舷虻厍蛏系娜魏挝恢脗鬏旊娏Α?br />
此外，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室還與正在開展類似項(xiàng)目的美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行合作。2020年5月，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室將其自己的示范項(xiàng)目成果——光伏射頻天線模塊——隨著隱蔽的 X-37B 太空飛機(jī)進(jìn)入太空。目前，光伏射頻天線模塊正在對(duì)由美國海軍研發(fā)的太陽能到射頻轉(zhuǎn)換面板進(jìn)行測試。

美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室自己的示范項(xiàng)目“阿拉克涅”會(huì)將射頻發(fā)射至另一個(gè)位置來更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)太陽能到射頻的轉(zhuǎn)換。其將在太空中測試諾斯羅普·格魯曼公司的第一個(gè)“夾心板”。第一個(gè)太陽能板預(yù)計(jì)將于 2024 財(cái)年交付，并于當(dāng)年晚些時(shí)候或 2025 年初進(jìn)行發(fā)射。 

原標(biāo)題：美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室將研發(fā)一種太陽能電池板，可為美國陸軍的地表行動(dòng)提供電力