自上世紀70年代首次提出以來，空間太陽能一直是個超現(xiàn)實主義的夢想。進入21世紀，3d打印讓這個夢想有了照進現(xiàn)實的可能。
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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”項目向tui公司的產(chǎn)品—— spiderfab 3d機器人打印機提供了投資。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)造一個簡潔的、持久耐用的組裝指令，操控3d打印技術(shù)和機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運送至太空，就能實現(xiàn)空間元件制造和設備搭建。飛行器裝載量將減少10倍，重量減少50%-80%。
包括3d打印機和機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)造前所未有的性價比。
一旦進入太空，spiderfab將完成安裝長形、高性能的桁架結(jié)構(gòu)。這個結(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。
為了實現(xiàn)空間太陽能發(fā)電，spiderfab將完成兩個基本步驟。首先，3d打印機將搭建一個碳纖維桁架結(jié)構(gòu)作為整個系統(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節(jié)進行分析，但tui已經(jīng)通過設計分析確認，spiderfab能夠在太空生產(chǎn)裝機為300千瓦的太陽能設備。
曾負責nasa阿波羅月球車項目的hubert davis表示，與地球同步運行的太陽能系統(tǒng)能夠克服在地球上的間歇性缺陷，它們能夠在99%的時間里保持發(fā)電。目前地面太陽能電價已經(jīng)能夠與電網(wǎng)電價持平，但因缺少商用儲能設備無法實現(xiàn)持續(xù)的電力供給。以目前的技術(shù)成本，倘若使用儲能設施，那么電價將漲至現(xiàn)在的2-3倍。
因此，不論從能源安全或經(jīng)濟方面考量，空間太陽能的使用都將為人類帶來便利。
solar high group是一個由前nasa科學家和退役軍官組成的團體，作為空間太陽能的擁護者，他們致力于將政府的財力和行業(yè)技術(shù)拼接到一起。自上世紀70年代起，該團體致力于在行業(yè)中尋找技術(shù)可行性高、對環(huán)境產(chǎn)生積極影響、能為人類所利用的技術(shù)和方案。但上世紀所有的空間太陽能技術(shù)都極其昂貴，并且技術(shù)上毫無新意。目前，包括日本在內(nèi)的多國科學家都在認真研究空間太陽能，但成本問題始終是阻礙這一技術(shù)向前發(fā)展并推廣至商用階段的障礙。
nasa阿波羅計劃工程師philip chapman在2012年8月發(fā)表的計算結(jié)果中得出結(jié)論，空間太陽能的交貨成本大約在0.1美元/千瓦時至0.11美元/千瓦時之間。
根據(jù)他于2013年7月的計算更新，在交貨成本范圍內(nèi)，發(fā)射成本在0.008美元/千瓦時至0.023美元/千瓦時之間。
3d技術(shù)的使用能夠保證運輸數(shù)量和重量大大減小，因此運輸成本也將大幅下降。但成本并不是空間太陽能面臨的唯一挑戰(zhàn)。
solar high group證實，安全是第二大障礙。空間太陽能裝置所發(fā)電力將通過微波傳動裝置從太空軌道傳到地球，這個過程中的電量將是微波爐產(chǎn)生電量的200萬倍。
此外，當?shù)厍虻慕邮照居腥魏沃袛鄷r，傳輸必須立刻終止。richard dickinson表示，飛機能夠安全地從電波中穿過。并且，實驗已經(jīng)證實，敏感如蜜蜂這樣的小昆蟲在穿過電波時亦不會受到任何影響。
nasa的工程師解釋，導致空間太陽能難以向前發(fā)展的真正原因有二。首先，公共事業(yè)公司認為發(fā)展空間太陽能是冒險的行為，并且是并不值得的冒險。其次，其它能源資源的擁護者們不希望空間太陽能的出現(xiàn)來“搶飯碗”。
即使阻力重重，3d打印的出現(xiàn)和應用成全了不同技術(shù)之間的融合，使現(xiàn)有技術(shù)能夠解決更多問題。
波音公司(boeing)和通用電氣公司(ge)正在嘗試利用3d打印技術(shù)制造飛機零件，更小規(guī)模的應用程序已經(jīng)進入到制造商的供應鏈中。
hoyt曾表示，由于有了nasa的資金支持，spiderfab打印機再過3至5年就可以被送入太空。


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