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)主義的夢想。進(jìn)入21世紀(jì),3D打印讓這個(gè)夢想有了照進(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。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。
美國國家航空航天局(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,倘若使用儲能設(shè)施,那么電價(jià)將漲至現(xiàn)在的2-3倍。