在太空利用太陽能發電這個設想並不新奇，早在1968年，美國航天工程師彼得·格拉澤就曾發表文章，提出了在空間建設太陽能發電站的設想(SSP, Space Solar Power)，這個設想的方案的基礎是要在太空建立一個極其巨大的太陽能電池陣列，將聚集的太Sunny轉換為電能，再將產生的電能以微波或其他形式傳輸到地面接收的天線上，經過整流再轉換為電能併入電網。這個設想的初衷就是解決日益嚴重的能源危機。

當時受制於技術資金等方面的原因，所以在太空建立太陽能發電站這個方案只能是設想，但因為在太空利用太陽能相比地面優勢很多，所以隨著技術的進步，這個設想正在一步步變為現實。

在太空，單位面積上能夠接受到的太陽能更多。在地面上，由於受到地球大氣的影響，特別是雲層的吸收與反射以及大氣中微小懸浮顆粒的散射，最後落到地表的太Sunny的能量只有125W～375W，並且季節和天氣的變化也影響著利用太Sunny能量時長，而到了夜間，Sunny完全消失，太陽能就無法利用。在太空中這些問題就都不存在了，太空中每平方米太陽能電池板所接收到的太Sunny能量約是地面的10倍，達到1336W。並且在太空中，幾乎全天24小時都有太陽輻射。經計算，在太空，一個50平方千米的大型太陽能板的功率可達5GW左右。

目前，在太空中建立太陽能發電站的技術瓶頸主要集中在能量的遠距離高密度的傳送和接受，這也是技術與科學大神特斯拉的夢想——無線電能傳輸。現在比較可行的太空無線輸電方式是利用微波傳輸，因為微波是一種電磁輻射，在透過地球的大氣層時其能量損失很小，在良好的氣象條件下，透過微波將電能傳輸回地面，僅損失2%的電能。

近些年，因產油國的不穩定與對核電安全問題的質疑，能源問題再度凸顯，這也促使美國、日本、歐盟、俄羅斯等國又把目光投向太空。目前這些國家都提出了自己的國際空間太陽能電站的構想，初步預計投資數百億美元，建立100萬千瓦級別的商業性裝機電站，計劃在2030年至2040年投入使用。2016年，《今日俄羅斯》新聞社就曾報導，俄羅斯火箭宇航“能源”公司的科研人員利用鐳射束，在地面1.5千米的距離上成功的對手機進行了無線充電。

當然，中國是一個能源消耗大國，但也是一個航空大國，在太空建設自己的太陽能發電站也勢在必行，中國的太空光伏電站計劃四步走，2011—2020年為第一階段，主要是對太空電站的驗證與設計，2021—2025年為第二階段，計劃建成第一個低軌道空間電站系統，2026—2040年為第三階段，將發射太空電站系統並完成組裝，2036—2050年將正式實現電站商業運營。

當然，建造一座太空太陽能電站要面臨各種已知和未知的問題。例如，太陽能電站的光伏電池組的面積一般都非常大，但在太空中要面臨著小型隕石，太空垃圾等威脅，並且一旦空間電站遭到損壞，短時間內是無法修復的。不過，一旦解決了遠距離高密度的能量傳送和接收這個主要技術問題，那麼建立空間太陽能發電站就不再困難。航天技術的發展也會對太空電站的建站帶了積極的影響，可以縮短建設和維護週期，降低空間站建設的難度和成本。說道成本，很多人都認為這是個大問題，但是，空間電站的成本只是在初期建設的時候會很高，但一旦建成後，其執行成本是很低的。並且，太空電站一旦建成，其對解決地球能源危機問題提供了一個新的方向，畢竟，太空要比地球廣闊的多，人類走向太空利用太空的步伐一直沒有停下。

這是可以的。

（“蔽日計劃”）

有朋友會說，為什麼要選在太空發電？就在地面建設太陽能電站不好嗎？節能環保，不需要考慮電力運輸等一大堆麻煩問題。

這樣的質疑確實有其道理。本來太陽能發電相對於傳統火電來說不具優勢，它的初期建設投資成本高、效率低、佔地面積巨大、電力輸出不穩定、需要配套建設強大的儲能設施......要不是面臨越來越大的溫室氣體減排壓力，恐怕沒有哪一個國家當局願意在太陽能發電上投資。既然成本競爭已經處於劣勢，為什麼還要把發電站搬到太空，人為去擴大這種劣勢呢？

首先，在太空收集太陽能的時間更長，可以做到一年365天、一天24小時不間斷地收集太Sunny。

在太空中沒有白天與黑夜，只要電站的位置合適，我們能將太陽能電池始終對準太陽。這是任何一個地面太陽能電站都做不到的，因為地球在不停自轉，晚上沒有Sunny，電站沒辦法發電。

（屋頂太陽能發電）

其次，在太空中沒有云層遮擋，沒有灰塵，更沒有雨雪天氣，太陽能電池可以穩定地吸收能量。

當雲層飄過時，地面太陽能電池接收不到Sunny，它輸出的電流就會受到影響。為了使輸出的電能穩定“乾淨”地併入電網，往往要經過一道蓄電池的充放電過程，建設這個龐大的蓄電池組需要非常多的投資，同時當它退役後也將帶來更多環境壓力。

第三，太空中太陽輻射強度更高。

由於大氣層和雲層的阻擋，實際到達地面的太陽輻射會被大幅削弱。即便是晴朗無雲的中午，也只有大約70%的太陽能量到達地面，如果天空中水氣比較多，這個比例將下降到50%。如果是多雲的天氣甚至陰天，地面能接受到的太陽輻射將更低。

地球是球形的，這意味著在一年中的四季和一天中的不同時間裡，位於地球某一個地區單位面積所接收到的太陽輻射能量是不斷變化的，海平面1000W/m²的最大輻照度只是一個理想數值，實際上在某個地方建設太陽能電站，它在一年中只有極少時間能達到這種理想狀態。

在地球大氣層的上方，太陽輻照度則不受地球環境的任何影響，它只與地球軌道偏心率帶來的日地之間的距離變化相關，從1月初的1.412KW/m²到7月初的1.321KW/m²之間波動。

由此我們可以看出，如果選擇在地球與太陽之間的太空某個地方建設太陽能電站，只要軌道合理，它就可以每時每刻以最高的效率發電。

（國際空間站上的太陽能電池元件）

小結：太空太陽能發電比地面太陽能發電更清潔更高效，可以源源不斷供應電能，是它的優勢所在。

首先是成本因素。

以人類目前的航天科技水平，我們每向太空發射1公斤的物體，需要支付高昂的代價。以美國“重型獵鷹”火箭為例，這枚馬斯克口中“世界最具價效比”的運載火箭一次將63噸物體送到近地軌道的報價達到約1.5億美元，也就是說每發射1公斤物體，客戶需要支付2381美元的運費。這還只是400多公里高度近地軌道的發射價格。

我們知道，因為近地軌道擁有目前最多數量的人造衛星，它是個交通繁忙的地帶，加上數不清的太空碎片，你幾乎不可能將太空太陽能電站部署到這裡，事實上連距離赤道3.6萬公里高空的地球同步軌道，也不是設定太陽能電站的理想場所。

如果要想將太陽能電站發射到更高更遠的地方，以人類目前的航天水平，其建設成本將是天價。

（“獵鷹重型”運載火箭發射升空）

其次是技術問題。

我們知道，受地球引力的影響，所有圍繞地球執行的人造衛星必須以一個向前的速度飛行，才能保證不被地球引力拉入大氣層焚燬。這意味著太陽能電站無論是設在近地軌道還是地球同步軌道，它都無法24小時對準太陽，這將大幅度減少光照時間，從而降低其發電效率。

要想擺脫地球引力，我們需要將它放到距離地球更遠的地方，這就是地球與太陽之間的引力平衡點——拉格朗日L1點。它位於地球與太陽之間的連線、距離地球大約150萬公里的太空。

（地球與太陽間拉格朗日點示意圖，這不是實際比例）

將太空電站設在拉格朗日L1點的好處是，它不需要再圍繞地球飛行以平衡地球引力，同時只需要極少的能量就能保持自己的位置與狀態，這種能量還可以直接從太陽獲取。

由此帶來的問題是：失去了地球磁場的保護，太陽能元件將比地面老化速度快8倍。

第三是安全問題。

在太空發電，我們需要將巨大的電能以某種形式傳送回地球，以供人們使用。

你無法想象從太空引一條粗重的電纜將電能引到地面，這強大的電能需要透過無線方式傳輸。

或者使用鐳射，或者使用電磁波。

高能鐳射束在穿過大氣層的過程中會有相當一部分被大氣所吸收，所以使用鐳射傳輸能量不是最優方案。鐳射傳輸的優勢在於它的指向性強，能量高度集中，可以在太空進行極遠距離的精確傳輸。比如說，將拉格朗日L1點的能量精確發射到月球表面的能量接收裝置，或者位於近地軌道的能量中轉衛星，這都可以採用高能鐳射束來進行。

（大氣層對於波長在7.5釐米-15米之間的微波是“透明”的）

相比之下，將能量從太空下傳到地球表面，利用微波傳遞或許是更好的選擇。因為波長在7.5釐米-15米之間的微波波束幾乎不受大氣影響，它可以直達地面。同時，以目前最新的技術水平將微波重新轉化為電能，其轉換效率能超過95%。

值得注意的是，無論鐳射還是微波，如果利用其傳輸極高功率的能量，它帶來的殺傷力也是驚人的。一旦波束被改變方向，它可以輕易摧毀一座城市甚至一個國家。所以近期內國際社會不可能同意在太空建造這樣一柄達摩克利斯之劍，除非未來有充分的理由相信這個能量傳輸系統穩定可控且絕對安全。

小結：太空太陽能電站目前的建設成本高昂、有技術問題需要解決，並且存在嚴重的安全隱患，是它無法推進的主要原因。

也許人類一千年甚至一萬年內都不會有向太空要電的需求，但終有一天我們頭頂的太陽會逼迫我們不得不這麼做。

因為太陽一直在變熱，並且將越來越熱。

（太陽生命歷程中光度的變化曲線）

（太陽變熱是正在發生的事件）

我們無法使太陽涼快下來，也沒有能力帶著地球家園去“流浪”，唯一可行的辦法就是給地球撐一把“遮陽傘”，暫稱之為“蔽日計劃”。

這個設想簡單地說，就是在地球與太陽之間的拉格朗日L1點，用大量的不透光薄膜裝置拼裝一張面積達382萬平方公里的大傘。根據計算，這張大傘可以將射向地球的太陽輻射能量遮擋大約3%，可以使地球表面溫度下降約2度。如果太陽繼續變熱，人類可以進一步加大這把傘的面積，使地表溫度維持在適合的範圍內。如果屆時沒有其它災難發生，這個“蔽日計劃”將為地球上的生命爭取至少20億年寶貴時間。

人類屆時能在太空中打造成功這張巨傘，也勢必有能力利用這數百萬平方公里面積的一部分來搞太陽能發電。

若僅將這張巨傘的1/4，也就是將大約100萬平方公里的面積打造成太空太陽能電站，能發多少電呢？

我們以拉格朗日L點太陽平均輻照度1.4KW/m²、太陽能電池光電轉換效率40%計算，1平方米的太空太陽能電池每小時可以發電0.56KWh，100萬平方公里每小時可發電5600億度電！

這個太陽能電站一年能產生多少電能呢？是4905600TWh。2017年全球發電量是2600TWh，也就是說這一個太空電站所產生的電能是2017年全球發電總量的1887倍！

（太空太陽能發電）

經過計算，用0.01毫米厚的鋁箔打造一張382萬平方公里的太空巨傘，我們需要發射總共約1億噸的鋁箔上太空，這還不包括支撐結構和必要的調姿元件。而如果要將其中的100萬平方公里換成太陽能電池元件，即便是屆時人類科技水平極度發達，太陽能電池能做到最輕，它也不會比0.01毫米的鋁箔更輕更薄。因此人類不可能從地球發射如此巨量的裝置到地日拉格朗日L1點。

唯一的選擇是在距離地球38萬公里的月球上建設工廠和發射基地，用電磁彈射的方式從月球將這些元件運送到太空進行拼接安裝。據對月球地質情況分析的結果判斷，月球表面平原地區約有15%的鋁礬土，山地地區的鋁礬土含量為24%；而月球表面二氧化矽的含量更是高達45%。所以在月球表面具備冶煉鋁和製造矽基太陽能電池的基本條件。

同時由於月球本身的引力只有地球的1/6，逃逸速度僅為2.4公里/秒，並且在某些時間它距離拉格朗日L2點更近，所以未來以月球為基地建設一個強大的太空電站，可能性更大，經濟上也更為合算。

儘管需要在經濟上做出巨大的投入，“蔽日計劃”未來都是人類不得不做的一道選擇題，就如同“流浪地球”計劃中人類傾其所有打造1萬多臺“行星發動機”要帶著地球去“流浪”一樣。

即使太陽發生“氦閃”事件要等到70億年以後，但在未來的10億年間越來越熱的太陽就已經迫使人類要做出選擇：是選擇在烈日的烘烤下死亡，還是傾其所有開展自救？

如果屆時人類有智慧、有能力遮擋一部分Sunny，降低地球的溫度，也就一定有能力將這一部分Sunny利用起來，將其用於發電。

（一個大型微波天線，它可以接收微波能量）

當然，未來用於接收太空強大能量的微波裝置可能非常巨大，它的直徑有可能達到1公里，這樣的天線或者設定在沙漠中心，或者設定在地球兩極。無論是電能的發射還是地面接收系統都將處於一個國際性機構的嚴密控制之下，以防被不法者加以利用。

前面提到在月球上建設工業基地和太空發射設施，都需要大量的電能，月球上沒有化石能源可用，所以將太空收集到的太陽能以高能鐳射發射到月球上，可以為月球設施持續供電。

人類未來面臨的另一個嚴重威脅，就是正在減弱並隨時可能發生的地磁逆轉。根據目前已經掌握的證據，地磁逆轉將持續幾百年甚至上千年的時間。當地球磁場南北極對調之後，它的強度會逐漸恢復到正常範圍，但在地磁逆轉的幾百年間，因磁極混亂，其強度將大幅度削弱。

地球磁場是保護地球上一切生命的無形之盾，如果失去磁場的保護，強烈的太陽輻射和太陽風將轟擊地球表面，造成極其嚴重的後果。因此未來人類需要在高軌道人為建造一個強大的磁環，用人造磁場來鑄造生命之盾，這個磁環需要極大的電能才能產生巨大的磁場。相信未來太空太陽能電站所產生的強大電能可以為這個磁環提供電能。

（當地球磁場減弱時，人造磁環將成為生命之盾）