文章核心观点 - 天基太阳能在技术和经济层面已具备可行性，有望成为一条通往清洁、富足能源未来的新路径，但需克服发射成本、电力传输效率等关键技术障碍 [1] 天基太阳能的概念与优势 - 天基太阳能是部署于地球轨道的发电系统，通过太阳能电池板收集能量，再以无线方式传回地面接收天线 [2] - 太空中的阳光强度高出地面5至10倍，能提供持续、洁净的电力，不受天气和环境因素影响 [2] - 系统能提供稳定可靠的基载电力，美国国家航空航天局研究预测一种模型能在一年99%的时间内发电 [3] - 单位面积发电效率远超地面，节约大量土地资源，并有望大幅降低材料消耗，更具可持续性 [3] - 每颗卫星可覆盖地球1/4区域，具备高度灵活的调度能力，几乎能实现洲际电力的瞬时传输 [3] 全球研发进展与布局 - 美国加州理工学院的原型在2023年8月实现首次太空无线能量传输，并将能量传回地面接收器 [4] - 中国计划于2028年实现千米级阵列建设突破，重庆和西安已启动实验基地建设，西安系统于2022年6月完成55米垂直距离、功率超2千瓦的微波输能实验 [4] - 欧洲空间局于2023年1月启动SOLARIS计划，3年内投入6000万欧元攻关核心技术 [4] - 英国政府采纳CASSIOPeiA概念作为演示项目起点，计划6年内交付商业系统，并成立由90多个组织组成的太空能源倡议 [5] - 日本在2024年12月完成空地长距离微波输能实验，飞机在7000米高空向地面传输微波，13台地面接收设备成功捕获能量 [6] 面临的关键技术挑战 - 发射成本是主要难题，建设天基太阳能空间站需要惊人次数的发射，尽管可重复使用火箭技术正在改善经济性 [7] - 目前无线传能技术仅实现数公里距离，将千兆瓦级电力高效稳定传回地面仍面临重大技术瓶颈 [7] - 在太空中利用自主机器人精准组装、维护巨型空间结构是亟待攻克的技术难关 [7]

天基太阳能的概念与优势 - 天基太阳能是一套部署于地球轨道的发电系统，通过太阳能电池板收集能量，再以无线方式传回地面的接收天线 [4] - 该构想最早由美国科学家彼得·格拉泽在1968年提出，旨在将大型太阳能卫星部署在距地球约36000公里的静止轨道上，使其全天候收集阳光并转化为微波传输至地面，微波峰值强度约为230W/m²，相当于正午阳光强度的1/4 [4] - 太空中的阳光强度高出地面5—10倍，能提供持续、洁净且能量充沛的电力，美国国家航空航天局研究预测一种天基太阳能模型能在一年99%的时间内发电 [4][5] - 天基太阳能能提供稳定可靠的基载电力，单位面积发电效率远超地面，从而节约大量土地资源，并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 [5] 全球发展动态与项目进展 - 美国加州理工学院在2023年8月通过名为MAPLE的轻型微波发射器实现首次太空无线能量传输，成功将能量传回地面实验室的接收器 [5][6] - 中国正稳步推进千米级阵列建设目标，计划于2028年实现突破，重庆“天基太阳能电站实验基地”与西安“全链路地面演示验证系统”两大平台已启动建设，西安系统于2022年6月完成55米垂直距离微波输能实验，发射功率超2千瓦，计划在2030—2050年间建成首套商业化系统 [6] - 欧洲空间局于2023年1月启动SOLARIS预先研发计划，计划3年内投入6000万欧元攻关核心技术，为2025年后开展在轨验证铺平道路 [6] - 英国政府采纳了CASSIOPeiA概念作为天基太阳能发电厂演示项目的起点，参与该项目的几家公司计划6年内交付商业系统，并成立了由90多个组织组成的太空能源倡议以加速发展 [6] - 日本将天基太阳能列为重点发展方向，日本宇宙航空研究开发机构与航天系统公司于2024年12月成功完成空地长距离微波输能实验，在7000米高空向地面精准传输微波，部署于地面的13台接收设备均成功捕获能量 [7] 可行性、挑战与未来路径 - 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 [3][4] - 主要技术挑战包括进一步降低发射成本（尽管可重复使用火箭技术正改善经济性）、提升向地球传输千兆瓦级电力的效率，以及利用自主机器人精准在轨组装和维护巨型空间结构 [3][8]

天基太阳能技术概述 - 天基太阳能（SBSP）通过卫星收集太阳能并利用微波或红外激光传输至地球，提供24/7全天候电力，不受天气或夜间影响，能量产出是地面太阳能电池板的5-6倍 [3] - 该技术可精确传输电力至需求地点，绕过传统输电线路建设流程，并在紧急情况下快速部署便携式接收站恢复供电 [3] - SBSP接收站对阳光透明度达85%，下方土地可同时用于农业，与传统太阳能电厂形成对比 [4] 市场规模与投资需求 - 到2050年全球电网现代化及弹性提升需21.4万亿美元投资，其中17.3万亿美元用于满足新增能源需求 [2] - 能源行业占全球GDP的10-11%，构成数万亿美元级市场机会 [2] - 仅美国东海岸电网未来十年需新增相当于15座核电站的发电容量以满足6500万用户需求 [3] 中美技术竞争格局 - 中国计划2030年建成SBSP波束系统原型，2028年进行近地轨道测试，将成为太空中最大人造物体 [2] - 美国缺乏统一协调机制，SBSP技术分散在多个联邦机构管辖范围内 [5] - 领先SBSP技术的国家将获得地面和太空工业的巨大经济优势 [2] 技术进展与商业化路径 - 美国空军研究实验室已成功演示关键组件，包括符合人体安全标准的功率束系统 [5] - 通过适当支持，美国可在10-15年内部署首个吉瓦级系统，2026年初推出千瓦级系统 [5] - 商业初创企业正加速推进技术研发，以避免中国垄断市场 [5] 政策与立法动态 - 美国众议院通过《NASA-能源部机构间协调法案》（HR 1368），要求开发天地能量传输技术 [6] - 倡导者推动将SBSP纳入《国防授权法》，并持续游说国会两院及关键委员会 [6] - 建议新一届国会指令能源部与商务部在120天内完成SBSP联合可行性研究 [7] 战略价值与应用场景 - SBSP技术可同时解决能源独立、电网可靠性和气候变化三大挑战 [7] - 具备太空大型结构建造能力的国家将改变太空军事行动模式 [6] - 2020年以来极端天气造成超5000亿美元损失，SBSP可确保灾害期间的电力供应 [7]