2023年1月，加州理工学院空间太阳能项目(SSPP)准备将一个被称为空间太阳能发电演示器(SSPD)的原型机发射到轨道上，该原型机将测试一项雄心勃勃的计划的几个关键组件，该计划旨在在太空中收集太阳能并将能量传回地球。

太空太阳能提供了一种利用外层空间几乎无限的太阳能供应的方法，在外层空间，能源不受昼夜、季节和云层的循环影响而持续可用。

此次发射目前定于1月初，是该项目的一个重要里程碑，有望使曾经的科幻小说成为现实。当完全实现后，SSPP将部署一组模块化航天器，收集阳光，将其转化为电能，然后将电能远距离无线传输到任何需要的地方，包括目前没有可靠电力的地方。

太空探索技术公司(SpaceX)在“运输者-6”(Transporter-6)任务中搭载的“动力”(Momentus Vigoride)飞船将把50公斤重的SSPD送入太空。它由三个主要实验组成，每个实验的任务是测试项目的不同关键技术:

DOLCE(可部署在轨超轻复合材料实验):一个6英尺乘6英尺的结构，展示了模块化航天器的架构、包装方案和部署机制，最终将组成一个千米规模的星座，形成一个发电站;

ALBA:收集了32种不同类型的光伏电池，以评估在太空恶劣环境中最有效的电池类型;

MAPLE(用于低轨道能量传输实验的微波阵列):一组灵活的轻型微波功率发射器，具有精确的定时控制，将能量选择性地集中在两个不同的接收器上，以演示空间远距离的无线能量传输。

SSPD的第四个组件是一个电子盒子，它与Vigoride计算机连接，控制三个实验。

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2011年，欧文公司董事长、加州理工学院董事会终身成员、慈善家唐纳德•布伦在《大众科学》杂志的一篇文章中了解到太空太阳能制造的潜力后，SSPP开始成立。布伦对太空太阳能的潜力很感兴趣，于是找到加州理工学院当时的校长让-卢·查莫(Jean-Lou Chameau)，讨论建立一个太空太阳能研究项目。2013年，布伦和他的妻子、加州理工学院受托人布丽吉特·布伦(Brigitte brenn)同意捐款为该项目提供资金。当年，通过唐纳德·布伦基金会(Donald brennan Foundation)，加州理工学院获得了第一笔捐款(用于支持该项目和教授职位的捐款最终将超过1亿美元)，研究开始了。

布伦说:“多年来，我一直梦想着太空太阳能如何解决人类最紧迫的挑战。”“今天，我很高兴能支持加州理工学院杰出的科学家们，他们正在努力实现这个梦想。”

火箭将花费大约10分钟到达预定高度。“动量”飞船将从火箭上部署到轨道上。加州理工学院的地球团队计划在发射后的几周内开始在SSPD上进行实验。

测试的一些内容将很快进行。“我们计划在从Momentus获得SSPD访问权限的几天内指挥DOLCE的部署。我们应该马上知道DOLCE是否有效，”加州理工学院的乔伊斯和肯特·克雷萨航空航天教授、土木工程教授、SSPP联合主任塞尔吉奥·佩莱格里诺说。佩莱格里诺还是加州理工学院为美国宇航局管理的喷气推进实验室的高级研究科学家。

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其他方面则需要更多时间。收集的光伏电池将需要长达6个月的测试，以便对哪种类型的光伏技术最适合这种应用提供新的见解。MAPLE包括一系列实验，从最初的功能验证到随着时间的推移对系统在不同环境下的性能进行评估。与此同时，安装在DOLCE上的可展开臂上的两个摄像头和电子箱上的其他摄像头将监控实验进展，并将反馈信息传回地球。SSPP团队希望他们能在发射后的几个月内对SSPD的性能进行全面评估。

许多挑战仍然存在:在太空中进行实验——从发射到航天器部署再到sspd的运行——没有什么是可以保证的。但无论发生什么，创造一个太空原型的能力本身就代表了SSPP团队的一项重大成就。

加州理工学院电气工程和医学工程布伦教授、SSPP联合主任阿里·哈jimiri说:“无论发生什么，这个原型都是向前迈出的一大步。”“它在地球上工作，并通过了任何发射到太空的东西所需要的严格步骤。风险仍然很多，但经历了整个过程，我们得到了宝贵的教训。我们相信，太空实验将为我们提供大量额外的有用信息，指导我们继续推进该项目。”

尽管太阳能电池早在19世纪晚期就已经存在于地球上，目前产生了世界上大约4%的电力(除了为国际空间站供电外)，但关于太阳能发电和传输的一切都需要重新考虑，才能在太空中大规模使用。太阳能电池板又大又重，发射成本很高，而且需要大量的电线来传输电力。为了克服这些挑战，SSPP团队必须设想和创造新的技术、架构、材料和结构，以便能够实际实现空间太阳能发电，同时足够轻，可以在太空中大规模部署，具有成本效益，并且足够坚固，可以承受苛刻的太空环境。

“DOLCE展示了太阳能航天器和相控阵天线阵列的新架构。它利用最新一代超薄复合材料，实现前所未有的包装效率和灵活性。随着我们已经开始研究的进一步进展，我们预计将应用于未来的各种太空任务。”佩莱格里诺说。

“整个灵活的MAPLE阵列，以及其核心无线电力传输电子芯片和传输元件，都是从零开始设计的。这不是用你可以买到的东西做的，因为它们甚至不存在。这种从根本上重新思考系统对于实现可扩展的SSPP解决方案至关重要。”Hajimiri说。

SSPD内的整套三个原型是由一个大约35人的团队设想、设计、制造和测试的。“与工业环境(而非学术环境)相比，这是在一个较小的团队和更少的资源下完成的。我们团队中非常有才华的个人团队使我们有可能实现这一目标。”Hajimiri说。

然而，这些人——一群研究生、博士后和研究科学家——现在代表着蓬勃发展的太空太阳能领域的前沿。“我们正在培养下一代太空工程师，”SSPP研究员哈里·a·阿特沃特说，他是加州理工学院工程与应用科学部奥蒂斯·布斯领导主席，霍华德·休斯应用物理和材料科学教授，也是液体阳光联盟的主任，该联盟是一家致力于利用阳光制造可用于工业化学品、燃料和建筑材料或产品的液体产品的研究所。

这三个测试平台的成功或失败将以多种方式来衡量。对DOLCE最重要的测试是结构完全从其折叠配置部署到其开放配置。对于ALBA来说，一个成功的测试将提供哪些光伏电池具有最大的效率和弹性的评估。MAPLE的目标是根据需要向不同的特定目标演示选择性自由空间电力传输。

“我们多次向喷气推进实验室和南加州航天工业的同事征求关于用于开发成功任务的设计和测试程序的建议。我们试图降低失败的风险，尽管开发全新的技术本身就是一个充满风险的过程。”佩莱格里诺说。

SSPP的目标是最终在全球范围内提供负担得起的、可再生的清洁能源。更多关于SSPP的信息可以在该计划的网站上找到。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。