遠距離無線輸電新紀錄誕生！太空光伏發電有希望了？

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環球零碳

碳中和領域的《新青年》

來源：Getty Images

撰文：Penn

編輯：小雨

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遠程無線電力傳輸聽起來像科幻小說中的經典橋段。想象一下，如果電力可以在沒有電纜的情況下到達任何地方，那我們將擁有一個怎樣的世界。

早在1890 年的時候，尼古拉·特斯拉就曾嘗試用 140 英尺的線圈，為兩英里外的燈泡進行“無線供電”。遺憾的是，這次實驗以造成小鎮意外停電而告終。

1941年，美國科幻小說大師艾薩克·阿西莫夫在其短篇小說《理由》中，描述了一個人類從太空中獲取太陽能的世界。巨大的軌道太陽能電池板通過無線電波將可再生的能源傳回地球。

1968年，在進行微波能量傳輸實驗的基礎上，彼得·格拉澤博士在《科學》雜志發表文章，正式提出“太陽能發電衛星”概念：通過將兩顆衛星送入地球靜止軌道，保證至少有一顆衛星被太陽照射，另一顆衛星進行能量傳輸；開啟了人類研究開發利用空間太陽能的新紀元。

空間太陽能電站的核心問題在于“聚、傳、建”3個方面，以目前的技術能力進行建設，難度較大。因此，空間太陽能電站尚處于研發階段。

幾十年來，人們對這一概念的興趣時而高漲，時而低落。然而，近年來，人們開始認真探索能量傳輸的實際應用。阿西莫夫筆下那些巨型能量收集站至少還需要幾十年才能建成，但工程師們正致力于小規模的能量傳輸，實驗將能量從一艘航天器傳輸到另一艘航天器。

近日，美國初創公司Star Catcher Industries就創造了一個遠距離無線電力傳輸的新紀錄。該公司利用其Star Catcher Network技術，采用現成的太陽能電池板組件，向位于佛羅里達州的NASA肯尼迪航天中心傳輸了1.1千瓦的電力。

圖說：Star Catcher 創造了遠距離無線電力傳輸的新紀錄

來源：Star Catcher

太空太陽能電站也稱為天基太陽能（SBSP），它的概念其實非常簡單。具體來說，是通過在地球軌道上建立太陽能電站，去收集太陽能并以無線能量傳輸方式、持續向地面供電的發電系統。

其主要優勢在于，晝夜、天氣、地區緯度等因素，都不會影響到空間太陽能電站。此外，太空中更高的光照強度，也使天基太陽能板單位面積發電效率遠超地面，從而節約大量土地資源。美國國家航空航天局最近的一項研究甚至預測，一種天基太陽能模型能在一年99%的時間內發電。

同時，天基太陽能具備高度靈活的調度能力。每顆衛星可覆蓋地球1/4的區域，幾乎能實現洲際電力的瞬時傳輸，猶如太空中一座高效的“能源互聯樞紐”。由于意義重大，國際上將此類項目稱為能源領域的 “曼哈頓工程” 。

據世界經濟論壇官網近日報道，隨著發射成本下降與規?；圃旒夹g的進步，天基太陽能在技術和經濟層面已具備可行性，有望成為一種豐富且可持續的新能源。當然，要將這一愿景變為現實，仍需克服一些關鍵技術障礙，例如進一步降低發射成本、提升向地球傳輸電力的效率等。

圖說：Star Catcher的太空電網構想

來源：Star Catcher

空間太陽能電站的核心問題在于“聚、傳、建”3個方面。所謂“傳”，主要研究采用哪種傳輸方式。作為空間太陽能電站的核心技術，無線能量傳輸就成了科研成員關注的重點。

無線能量傳輸主要包括微波無線能量傳輸和激光無線能量傳輸。Star Catcher 并非產生微波，而是利用太陽能電池板陣列為光學多光譜激光器供電，該激光器可以對準客戶衛星。這些經過精心控制的波長經過優化，能夠與目標太陽能電池板的波長完美匹配。

簡而言之，這就像用一個巨大的放大鏡觀察目標航天器，無需擴大或改造面板，就能大幅提高其效率。據該公司稱，使用現成的面板組件，發電量可提高2到10倍。

此次最新的測試采用了多種太陽能電池板設計，為計劃于 2026 年進行的軌道演示做準備。

“我們現有的購電協議證實，市場認可我們技術的價值和可擴展性，它能夠徹底改變地球以外的電力輸送方式，”Star Catcher首席執行官兼聯合創始人安德魯·拉什表示。“這些實際成果確鑿地證明了我們構建彈性軌道電網方案的合理性和成熟度?！?/p>

圖說：激光功率中繼器運行中的概念圖

來源：DARPA

除了Star Catcher，也有其他研究機構在這一領域進行積極探索并取得了新的成果。2025年6月，美國國防高級研究計劃局（DARPA）就創下了800 瓦的激光束發射功率紀錄。

DARPA 的 POWER 計劃旨在構建光傳輸線，讓激光束像我們現在通過空氣傳輸數據一樣輕松地將電力傳輸到需要的地方。

此前，POWER系統能夠利用激光將230瓦的功率照射到1英里（1.7公里）的距離上，持續25秒；還能以較低的功率照射到2.3英里（3.7公里）的距離上，但具體功率尚未公開。現在，DARPA已成功將功率提升至800瓦，持續30秒，照射距離達到5.3英里（8.6公里）。

該系統的核心部件是功率接收陣列演示裝置（PRAD），它是一個球形結構，帶有一個緊湊的孔徑，激光束由此進入。激光束照射到一個拋物面鏡上，拋物面鏡散射光線并將其照射到數十個光伏電池陣列上。這些光伏電池將激光轉換回電能。

測試中，發射器和接收器都放置在地面上。然而，最終目標是將它們改造成安裝在高空飛行無人機上的中繼器，以便將能量定向輸送到所需位置。通過將光束發送到大氣層最稠密區域之上，可以減少能量損耗，并避開建筑物、飛機和鳥類等障礙物。

圖說：太空太陽能發電示意圖

來源：Space Energy Initiative

目前該項目正處于三階段研發計劃的第一階段，致力于研究如何最精確、最高效地控制功率輸出，校正光束波前以保持信號質量，使系統可進行功率調節，并降低中繼器的轉換損耗。

最終第三階段的目標是將中繼器安裝在常規飛機上，使其能夠在200公里（125英里）的距離內傳輸10千瓦的光能。

“這次演示打破了人們對能量傳輸技術局限性的誤解，并且已經促使業界重新想象各種可能性，”POWER 項目經理保羅·賈菲說道。

從太空向地球傳輸太陽能，是科學家們近幾十年一直在討論的話題，在技術創新推動下，其成為現實的路徑正逐漸顯現。在這樣的背景下，天基太陽能（SBSP）或將成為一條通往真正清潔、富足能源未來的新路徑。

參考材料：

[1]https://newatlas.com/energy/star-catcher-power-beaming-record/

[2]https://newatlas.com/military/darpa-sets-new-records-sending-power-without-wires/

[3]http://www.81.cn/jfjbmap/content/2021-12/10/content_304948.htm

[4]https://www.mittrchina.com/news/detail/9712

[5]http://finance.people.com.cn/n1/2025/1104/c1004-40596166.html

[6]http://www.casisd.cn/zkcg/ydkb/kjqykb/2024/kjqykb2403/202404/t20240411_7090233.html

[7]https://www.weforum.org/stories/2025/10/space-based-solar-power-energy-transition/

[8] https://www.modernweekly.com/hots/39811

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