1.阅读下列材料,完成问题。
【材料一】①太阳是地球乃至整个太阳系取之不尽的核心能源系统。地球上的传统能源面临枯竭,太空电站或将成为21世纪解决能源问题的重要途径,太空电站,简而言之,就是把地面的太阳能发电装置搬到太空,在“天上”将太阳能转化为电能,再通过无线能量传输方式送到地面。
②电站“上天”,主要是为了更高效地利用太阳能。在地面上,太阳能受到大气的吸收和散射、云雨的增减及季节与昼夜更替等因素的影响衰减很多,能量密度也变化巨大,很不稳定。太空中的太阳能非常充裕。据估算,每平方米太阳能电池在中国西北地区的最高发电功率约为0.4千瓦,在平流层为7~8千瓦,而在地球同步轨道上发电功率可达10~14千瓦。即便电能在多次转换过程中有所损耗,太空发电的整体效率仍非常可观。
③从技术原理看,太空电站主要由三部分组成:发电装置,将太阳能转化为电能;能量转换和发射装置,将电能转换成微波或激光等形式,向地面接收系统发送波束;地面转换装置,将其转换为电能接入电网。美国科学家研发出一种“光伏射频天线模块”,用于发电和能量转换,并计划于2023年进行空间段到地面段的电力传输演示。
④太空电站不受天气等自然因素影响,可以大规模收集、转换和利用太阳能,发电量与地面核电站相当。从太空中获取的电能通过无线方式传输到世界各地,不依赖大规模电网,可对偏远地区、受灾地区以及重要设施等进行定向供电或移动供电。例如,假若有了太空电站,电动车就无须四处寻找充电桩,可以随时随地进行移动充电。
⑤不过,建造太空电站还需要攻克多重技术难关。单个太空电站的面积至少相当于1400个足球场,发电功率为兆瓦级,使用寿命须达到30年以上。要建造这么宏大的空间系统,在材料、运载、航天器控制、在轨组装及维护等不少关键领域仍有待突破,远距离无线传输大功率电能技术也亟待攻关。此外,高昂的成本和安全隐患也须考虑在内。
⑥未来,电从天上来。英国对太空电站已展开研究,日本也开始了试验。中国已于2018年在重庆启动首个太空电站实验基地,还绘制出实现目标的技术路线图,有望成为世界上首个建成有实用价值太空电站的国家。(选自《人民日报》,2021年4月1日,有删改)【材料二】建太空电站的技术原理现已没有太大问题,但还有不少关键技术有待取得突破性进展。建成太空电站的两大核心问题,一个是如何实现远距离电能无线传输,另一个就是如何将重达数千甚至上万吨的电站组件发射到地球同步轨道上去。远距离电能无线传输可以通过能量转换及发射装置来实现。第二个问题则对新型运载、新型材料、超大型航天结构及控制、在轨组装维护等技术提出了很大的挑战。因为电站组件的质量可达千吨长度能达千米,功率为兆瓦级,寿命需在30年以上。
目前,一些国家已经提出不少太空电站的建设方案,对未来设计出实用的太空电站有较高的借鉴参考价值。这些国家之所以把目光瞄向太空,是因为看中了其广阔的应用前景。地球同步轨道太空电站所获取的能量效率可达到地面光伏电站的35倍,且能实现空间向地面进行能量的定点传输。因此,建设太空电站,可有效利用太阳能,为人类提供优质的、用之不竭的清洁能源。