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环球零碳
碳中和领域的《新青年》
来源：Getty Images
撰文：Penn
编辑：小雨
→这是《环球零碳》的1769篇原创
远程无线电力传输听起来像科幻小说中的经典桥段。想象一下，如果电力可以在没有电缆的情况下到达任何地方，那我们将拥有一个怎样的世界。
早在1890 年的时候，尼古拉·特斯拉就曾尝试用 140 英尺的线圈，为两英里外的灯泡进行“无线供电”。遗憾的是，这次实验以造成小镇意外停电而告终。
1941年，美国科幻小说大师艾萨克·阿西莫夫在其短篇小说《理由》中，描述了一个人类从太空中获取太阳能的世界。巨大的轨道太阳能电池板通过无线电波将可再生的能源传回地球。
1968年，在进行微波能量传输实验的基础上，彼得·格拉泽博士在《科学》杂志发表文章，正式提出“太阳能发电卫星”概念：通过将两颗卫星送入地球静止轨道，保证至少有一颗卫星被太阳照射，另一颗卫星进行能量传输；开启了人类研究开发利用空间太阳能的新纪元。
空间太阳能电站的核心问题在于“聚、传、建”3个方面，以目前的技术能力进行建设，难度较大。因此，空间太阳能电站尚处于研发阶段。
几十年来，人们对这一概念的兴趣时而高涨，时而低落。然而，近年来，人们开始认真探索能量传输的实际应用。阿西莫夫笔下那些巨型能量收集站至少还需要几十年才能建成，但工程师们正致力于小规模的能量传输，实验将能量从一艘航天器传输到另一艘航天器。
近日，美国初创公司Star Catcher Industries就创造了一个远距离无线电力传输的新纪录。该公司利用其Star Catcher Network技术，采用现成的太阳能电池板组件，向位于佛罗里达州的NASA肯尼迪航天中心传输了1.1千瓦的电力。
图说：Star Catcher 创造了远距离无线电力传输的新纪录
来源：Star Catcher
太空太阳能电站也称为天基太阳能（SBSP），它的概念其实非常简单。具体来说，是通过在地球轨道上建立太阳能电站，去收集太阳能并以无线能量传输方式、持续向地面供电的发电系统。
其主要优势在于，昼夜、天气、地区纬度等因素，都不会影响到空间太阳能电站。此外，太空中更高的光照强度，也使天基太阳能板单位面积发电效率远超地面，从而节约大量土地资源。美国国家航空航天局最近的一项研究甚至预测，一种天基太阳能模型能在一年99%的时间内发电。
同时，天基太阳能具备高度灵活的调度能力。每颗卫星可覆盖地球1/4的区域，几乎能实现洲际电力的瞬时传输，犹如太空中一座高效的“能源互联枢纽”。由于意义重大，国际上将此类项目称为能源领域的 “曼哈顿工程” 。
据世界经济论坛官网近日报道，随着发射成本下降与规模化制造技术的进步，天基太阳能在技术和经济层面已具备可行性，有望成为一种丰富且可持续的新能源。当然，要将这一愿景变为现实，仍需克服一些关键技术障碍，例如进一步降低发射成本、提升向地球传输电力的效率等。
图说：Star Catcher的太空电网构想
来源：Star Catcher
空间太阳能电站的核心问题在于“聚、传、建”3个方面。所谓“传”，主要研究采用哪种传输方式。作为空间太阳能电站的核心技术，无线能量传输就成了科研成员关注的重点。
无线能量传输主要包括微波无线能量传输和激光无线能量传输。Star Catcher 并非产生微波，而是利用太阳能电池板阵列为光学多光谱激光器供电，该激光器可以对准客户卫星。这些经过精心控制的波长经过优化，能够与目标太阳能电池板的波长完美匹配。
简而言之，这就像用一个巨大的放大镜观察目标航天器，无需扩大或改造面板，就能大幅提高其效率。据该公司称，使用现成的面板组件，发电量可提高2到10倍。
此次最新的测试采用了多种太阳能电池板设计，为计划于 2026 年进行的轨道演示做准备。
“我们现有的购电协议证实，市场认可我们技术的价值和可扩展性，它能够彻底改变地球以外的电力输送方式，”Star Catcher首席执行官兼联合创始人安德鲁·拉什表示。“这些实际成果确凿地证明了我们构建弹性轨道电网方案的合理性和成熟度。”
图说：激光功率中继器运行中的概念图
来源：DARPA
除了Star Catcher，也有其他研究机构在这一领域进行积极探索并取得了新的成果。2025年6月，美国国防高级研究计划局（DARPA）就创下了800 瓦的激光束发射功率纪录。
DARPA 的 POWER 计划旨在构建光传输线，让激光束像我们现在通过空气传输数据一样轻松地将电力传输到需要的地方。
此前，POWER系统能够利用激光将230瓦的功率照射到1英里（1.7公里）的距离上，持续25秒；还能以较低的功率照射到2.3英里（3.7公里）的距离上，但具体功率尚未公开。现在，DARPA已成功将功率提升至800瓦，持续30秒，照射距离达到5.3英里（8.6公里）。
该系统的核心部件是功率接收阵列演示装置（PRAD），它是一个球形结构，带有一个紧凑的孔径，激光束由此进入。激光束照射到一个抛物面镜上，抛物面镜散射光线并将其照射到数十个光伏电池阵列上。这些光伏电池将激光转换回电能。
测试中，发射器和接收器都放置在地面上。然而，最终目标是将它们改造成安装在高空飞行无人机上的中继器，以便将能量定向输送到所需位置。通过将光束发送到大气层最稠密区域之上，可以减少能量损耗，并避开建筑物、飞机和鸟类等障碍物。
图说：太空太阳能发电示意图
来源：Space Energy Initiative
目前该项目正处于三阶段研发计划的第一阶段，致力于研究如何最精确、最高效地控制功率输出，校正光束波前以保持信号质量，使系统可进行功率调节，并降低中继器的转换损耗。
最终第三阶段的目标是将中继器安装在常规飞机上，使其能够在200公里（125英里）的距离内传输10千瓦的光能。
“这次演示打破了人们对能量传输技术局限性的误解，并且已经促使业界重新想象各种可能性，”POWER 项目经理保罗·贾菲说道。
从太空向地球传输太阳能，是科学家们近几十年一直在讨论的话题，在技术创新推动下，其成为现实的路径正逐渐显现。在这样的背景下，天基太阳能（SBSP）或将成为一条通往真正清洁、富足能源未来的新路径。
参考材料：
[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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