中國儲能網(wǎng)訊：自上世紀(jì)70年代以來太空太陽能發(fā)電一直是一個未來的幻想，但21世紀(jì)伊始3D打印技術(shù)的出現(xiàn)讓這種幻想更加接近現(xiàn)實。
Tethers Unlimited首席執(zhí)行官兼首席科學(xué)家羅布-霍伊特（Rob Hoyt）表示：“總體設(shè)想是創(chuàng)造一種衛(wèi)星蛹，具有緊湊耐用的“軟件DNA”裝配指令，能夠在軌道上制造空間系統(tǒng)組件，而不是建在地面上。”
TUI已經(jīng)從美國宇航局創(chuàng)新科技前沿項目（NIAC）計劃為其SpiderFab機器人打印機項目贏得了兩輪的資金。10萬美元的獎勵用于驗證該技術(shù)的可行性和價值主張，50萬美元資金用于測試在太空中制造出高性能桁架結(jié)構(gòu)原型和天線陣列的可行性。
霍伊特表示：“我們的分析顯示，一旦進入太空，SpiderFab的機器人制造系統(tǒng)就會對材料進行處理，制造出適合太空環(huán)境的超大型結(jié)構(gòu)。這種方法不同于傳統(tǒng)技術(shù)，因此能夠制造出大小是現(xiàn)在數(shù)十甚至數(shù)百倍的天線或天線陣列，從而提供適用于各類太空任務(wù)的大型設(shè)備。”運輸緊湊型材料而不是笨重的產(chǎn)成品“或減少10倍的承載量和50%到80%的質(zhì)量。
霍伊特認為，3D打印技術(shù)和在軌組件自動構(gòu)建可以允許人類將部分原材料通過較小型火箭的方式運輸至太空，這將“有效節(jié)約人類的太空運輸成本”。
一旦進入太空，TUI的Trusselator--SpiderFab架構(gòu)的第一步--將使用3D打印技術(shù)和機器人裝配設(shè)備“制造長的高性能桁架結(jié)構(gòu)?！边@些架構(gòu)將為“建造大型系統(tǒng)提供支撐，比如數(shù)百千瓦的太陽能陣列、大型太陽帆以及足球場大小的天線系統(tǒng)?！?/span>
霍伊特解釋說，對太空太陽能發(fā)電來說有兩個基本步驟。首先，3D打印機將建設(shè)一個碳纖維桁架結(jié)構(gòu)，將作為該系統(tǒng)的框架。然后，它將在薄膜光伏或反射材料（如果部署聚光太陽能發(fā)電）結(jié)構(gòu)上鋪一層膜。
“我們還沒有詳細的研究空間太陽能，”霍伊特說。但是，剛剛完成的300千瓦軌道太陽能陣列設(shè)計分析證明，SpiderFab預(yù)計可以讓承載量減少10倍，質(zhì)量減少最高達80%。
TUI還開發(fā)了將制造用于該分析的實驗室版本桁架結(jié)構(gòu)制造設(shè)備。
“地球同步太陽能在一年99%的時間里都可以產(chǎn)生基底負荷電力，”美國宇航局阿波羅11號登月車經(jīng)理休伯特·戴維斯解釋說。他是由9名前美國宇航局和阿波羅計劃科學(xué)家組成的Solar High Study Group的成員和退役軍人領(lǐng)袖，呼吁進行太空太陽能發(fā)電研究。
戴維斯指出，地面太陽能電池陣列已經(jīng)實現(xiàn)電網(wǎng)平價，但沒有儲存它們不能提供公用事業(yè)公司需要的基底負荷電力。提供該項服務(wù)的存儲成本將使“我們的電費加倍或增至三倍。”
Solar High Group正致力于“整合一個由政府和業(yè)界組成的財團，”戴維斯說。第一步將是資助更新70年代完成的波音/北美航空研究。他們研究了技術(shù)可行性、環(huán)境影響、土地利用、人力需求、能源回收期以及預(yù)估成本，確認了該種概念“在沒有新科學(xué)的背景下具有技術(shù)可行性”，但發(fā)現(xiàn)太過昂貴。
成本一直是影響Solaren公司試圖實現(xiàn)太空太陽能發(fā)電商業(yè)化的主要障礙。日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)也在致力于這個領(lǐng)域的研究。
2012年8月美國宇航局阿波羅項目工程師菲利普·查普曼計算得出太空太陽能發(fā)電的交付成本介于每千瓦時0.1美元到0.11美元。根據(jù)查普曼2013年7月作出的最近計算，如果達到規(guī)模水平，發(fā)射成本將介于每千瓦時0.008美元，交付成本則為每千瓦時0.023美元。
鑒于3D打印技術(shù)將顯著減少體積和質(zhì)量，這些發(fā)射成本可大幅減少，盡管霍伊特不能具體評論太空太陽能發(fā)電，戴維斯的研究小組尚未考慮TUI技術(shù)的影響。
成本并不是太空太陽能發(fā)電面臨的唯一挑戰(zhàn)?！鞍踩珕栴}是除成本外最讓人擔(dān)心的地方所在，”Solar High承認。將太空太陽能電力從軌道天線投遞到地面整流天線的微波傳輸將是“微波爐能量的200萬倍?！?/span>
但是，前美國宇航局無線電力傳輸工程師理查德·迪金森透露傳輸?shù)淖畲笊漕l強度“只是陽光的四分之一”。此外，如果地面站出現(xiàn)任何中斷，發(fā)射器會立即關(guān)閉。“飛機可以安全地穿過光束，測試已經(jīng)證明即使是敏感的蜜蜂也不會受到影響，”戴維斯說。
戴維斯解釋說，無人推進太空太陽能發(fā)電的兩個“真正原因”是：
1. 公用事業(yè)公司“合理和適當(dāng)?shù)娘L(fēng)險規(guī)避”；
2. 阻止其他能源方式獲得補貼的游說者，因為一旦這些能源方式獲得補貼，他們將“失業(yè)”。
“3D打印已經(jīng)成為一個包羅萬象事物，進化的如此之快以致成為可能做各種事情的多用途技術(shù)，”霍伊特解釋道。
波音公司和美國通用電氣正開發(fā)利用3D打印技術(shù)制造飛機部件的技術(shù)，小規(guī)模的應(yīng)用開始進入制造商的供應(yīng)鏈。
“鑒于美國宇航局資助的方式，SpiderFab將在三五年面臨無錢可用的境地，”霍伊特說?！拔覀儗⒉坏貌恢鸩桨l(fā)展我們的工藝，展示我們的可靠性?！?/span>
