宇宙光伏發(fā)電系統(tǒng)使用相控陣天線（Phased Array Antenna）向地面發(fā)送放大的微波。相控陣天線是氣象雷達(dá)及飛機(jī)雷達(dá)等采用的技術(shù)，將多個(gè)小型天線排列在一個(gè)平面上。其特點(diǎn)是，即便不通過機(jī)械方式改變天線的朝向，也能通過錯(cuò)開每個(gè)天線的電波相位，精密地控制無線電波的波束角。

進(jìn)行一般通信時(shí)，為了向更多的人發(fā)送信息，需要在大范圍內(nèi)發(fā)送低密度電波。但微波送電方式為了有效發(fā)送能量，需要將電波集中在地面目標(biāo)（整流天線）上。因此，必須采用能夠精密控制波束角的相控陣天線等技術(shù)。但這種天線的控制非常困難，因?yàn)槭怯尚⌒吞炀�構(gòu)成，部材成本也很高。宇宙光伏發(fā)電系統(tǒng)必須設(shè)置幾十億個(gè)小型天線。因此，作為可減少天線數(shù)量的替代技術(shù)，最近業(yè)界正在考慮采用無線LAN等使用的MIMO（multipleinput multiple output）技術(shù)。

宇宙天線可向接到指示信號（用來通知整流天線位置）的地方照射電波束。在照射的電波束中，90％以上的微波會(huì)到達(dá)整流天線。整流天線利用二極管對這些微波進(jìn)行整流，再利用濾波器進(jìn)行平滑處理，然后轉(zhuǎn)換成直流電流。

2030年后商用化？

從JAXA的開發(fā)藍(lán)圖來看，首先將在地面上進(jìn)行數(shù)千瓦送電實(shí)驗(yàn)。然后，在距離地面400～500公里的低軌道上設(shè)置篇首提到的小型衛(wèi)星式發(fā)電系統(tǒng)，評估大氣等的影響及安全性。還將實(shí)施百萬瓦級發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，并在國際空間站附近進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)體組裝技術(shù)實(shí)驗(yàn)。計(jì)劃在2030年以后，作為商用系統(tǒng)，在距離地面3.6萬公里的靜止軌道上設(shè)置相當(dāng)于一座核電站的1吉瓦（GW）規(guī)模發(fā)電系統(tǒng)（圖3）。

宇宙光伏發(fā)電系統(tǒng)的誕生地美國也在推進(jìn)實(shí)用化進(jìn)程。2007年公布了由美國能源部（DOE）制定的開發(fā)計(jì)劃方案，因2008年美國總統(tǒng)貝拉克·奧巴馬推出了促進(jìn)導(dǎo)入可再生能源的“綠色新政”，宇宙光伏發(fā)電進(jìn)一步受到關(guān)注。2009年美國加利福尼亞州大型電力運(yùn)營商PG＆E與美國風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)Solaren簽署合約，收購其構(gòu)建的宇宙光伏發(fā)電系統(tǒng)提供的電力。計(jì)劃從2016年開始收購15年。

研究微波送電技術(shù)的京都大學(xué)生存圈研究所教授篠原真毅表示：“前幾天還接到了美國宇宙光伏發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)的咨詢。民間似乎也在積極行動(dòng)�！�

安全性能否確保萬無一失

盡管宇宙光伏發(fā)電系統(tǒng)看到了實(shí)用化的曙光，但仍有很多問題需要解決（圖4）。比如，需要建造長數(shù)百米～1公里的宇宙天線。在太空建造如此巨大的結(jié)構(gòu)體可以說是史無前例。此前人類在宇宙中建造的最大構(gòu)造體是國際空間站（ISS），它也只有73米×108.5米×20米左右。需要開發(fā)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料等方面的新技術(shù)。此外，安全性和建造時(shí)的運(yùn)輸成本也是大問題。不少人尤其擔(dān)心宇宙光伏發(fā)電使用的微波的安全性。

微波的安全性大多根據(jù)單位面積的能量密度（mW/cm2）來衡量。生物安全標(biāo)準(zhǔn)為1mW/cm2。宇宙光伏發(fā)電使用數(shù)公里×數(shù)公里的超大型整流天線接收微波，所以可在接收部附近降低能量密度，使其減小至不會(huì)對生物體帶來影響的范圍。但是，這種安全性以“理論上可以實(shí)現(xiàn)”為前提，吉瓦級大規(guī)模系統(tǒng)發(fā)生意外情況的風(fēng)險(xiǎn)并非為零。

如果宇宙天線的電波束失控，導(dǎo)致部分地方能量密度非常高的話，將會(huì)出現(xiàn)什么情況？另外，飛機(jī)儀表及電子設(shè)備等就連受到能量密度極小的（μW/cm2）手機(jī)電波干擾，也有可能出現(xiàn)誤動(dòng)作。如果碰到能量密度很高的電波，這些設(shè)備會(huì)沒有問題嗎？這是稍有不當(dāng)就有可能轉(zhuǎn)變成軍事武器的系統(tǒng)，所以更需要采取萬無一失的安全措施。而且，成本方面，“建造成本是否真的能夠與最初的推算吻合”以及“能否取得與建設(shè)成本相符的收益”等，還需要從多個(gè)側(cè)面進(jìn)行驗(yàn)證。（日經(jīng)技術(shù)在線！ 供稿）