原标题为 SpaceWatchGL Opinion: SOLARIS – a step toward making space-based solar power a European reality

本文机翻自SpaceWatch Europe网

“Solaris”这个词，直到最近，它才唤起了1972年苏联一部科幻电影，由 安德烈·塔尔科夫斯基，有了新的意义。“天基太阳能”现在是欧洲航天局（欧空局）设想的技术研究和开发筹备方案的提案，以解决天基太阳能发电的技术经济可行性。

也就是说，前提是欧空局成功地获得即将于2022年11月举行的欧空局部长级理事会会议（CM22）的资助。如果在CM22成功，欧空局和太阳能系统的下一步将是CM25 ，如果所有迹象都是积极的，这将使它们能够进入SBSP实施阶段，从2030年左右的子尺度在轨演示器开始：然后，全面的巨型结构发展方案将逐步扩大，目标是在2040年之前建立第一个运行的轨道发电站， 30年的开发阶段将在2070年退役。随后的发电站将在2040年后迅速建造和发射，到2050年提供欧洲电力需求的10%或350太瓦时。

这段英国《金融时报》的视频标题是 “SBSP如何拯救地球” 强调了SBSP从概念到可持续系统的漫长旅程。欧空局也整了个标题为“索拉里斯：为天基太阳能发电做准备”的视频，可到官网观看。

美国和印度-太平洋的天基太阳能发电

在美国， 2000年代中期标志着SBSP的一个新的转折点，当时可重复使用运载火箭（RLV）成为降低发射成本的可信游戏规则改变者。2007年，美国国家安全空间办公室进行了一项研究天基太阳能是战略安全的机会". 2012年，约翰·C。前NASA物理学家、SBSP专家曼金斯发表了一份工作文件，详细介绍了该项目。SPS-ALPHA是第一颗通过任意大相控阵的实用太阳能发电卫星'. 2014年，曼金斯回到了这个主题，发表了"案例-空间-太阳能”.

2016年，在奥巴马政府执政的最后几个月里， SBSP再次被宣传 “天基太阳能——碳危机的解决方案”.最近， 2022年5月，美国航天局技术、政策和战略办公室的尼古拉·约瑟夫宣布，该机构将对SBSP进行一次复习研究，以便于2022年9月出版。

日本在20世纪80年代在无线电力传输方面取得了领先。到2008年，它已经建立了一个空间政策基本计划将SBSP作为国家目标实现（2008财政年度第一版） 第三版2015财年).日本经济、贸易和工业省制定了实施 到2050年代的SBSP，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）牵头制定了地面和轨道演示实施图，旨在 轨道SBSP卫星系统.

韩国也在研究SBSP ，并可能进一步利用2022年的首次卫星发射。印度也是。而俄罗斯还在游戏中。至于中国，2015年，中国空间技术研究院（CAST）在国际空间发展大会上展示了其首个SBSP路线图，目标是到2050年在地球静止轨道发电千兆瓦级。 最近在无线电力传输方面的成功使CAS能够自信地在2028年瞄准低地球轨道测试，并在2030年瞄准兆瓦级地球静止SPSB实验卫星.

到2040年， SBSP将为欧洲家庭和企业提供价格有竞争力的电力。

欧空局和欧洲在2005年和2020年再次研究了SBSP

2000年代中期，欧空局高级概念小组委托一个顾问和学者联合会进行了一项名为 “地面和天基发电系统：比较研究”，其结果， 重在降低发射成本和其他关键参数分析2005年1月，欧空局发布了一个与美国情况非常相似的中断15年后，欧空局发布了一个 新的SBSP游戏计划 2020年夏季，随后是 2020年9月征集想法.在收到的85个想法中， 13人入选资助。

接下来，在2021年12月， 欧空局主办了到2050年实现净零的天基太阳能国际讲习班，吸引了来自航天领域和各种非航天领域的360多人参加。然后在2022年1月， 欧空局正式 重新点燃天基太阳能研究”.

2022年7月，欧空局发布了新的 “天基太阳能发电突破性技术信息征求意见” 在澄清CM22之前太阳能的目的的同时，欧空局宣布在2022年夏季晚些时候发布2个SBSP成本与效益研究。 安吉莉基·卡普格鲁他是伦敦大学学院公共目的和创新研究所的研究员，也是欧空局人类和机器人探索局战略和创新团队的成员，他早些时候提醒我们目标：“”的意思、拼音_红联太阳能系统将围绕建立2025年欧洲SBSP发展方案决定的技术、政治和方案基础所需的关键发展轴进行结构。它将与欧洲合作，进行系统一级的研究和技术开发 行业，成熟技术可行性，评估SBSP的好处、实施选项、商业机会、成本和风险。Solaris还将处理与监管和国际空间政策协调有关的潜在环境、健康和安全问题和挑战。 特殊性在于所有这些技术领域（在空间制造和装配、空间机器人、可重复使用发射器、质量效率光伏、ISRU、微波功率波束等领域）在多个其他空间应用中具有应用和优势。因此，即使稍后决定不继续进行SBSP ，研发技术发展的好处对欧洲空间部门仍然是有价值的。

Solaris和欧空局升级到CM22

在16号公路上第 8月，公布了2项独立研究，打断了欧空局多年来SBSP的努力。这2项研究，由英国和德国顾问公司 弗雷泽纳什 和 罗兰伯杰，可在 欧空局网站. Joseph Aschbacher在他的社交媒体帖子中提到 在CM22上，我将向会员国提出一个名为“太阳能”的SBSP筹备方案。 我们已经有了主要的组成部分，但让我明确一点：要使项目成功，仍然需要大量的技术开发和资金。“ 卡波格鲁进一步加强了上述声明，指出 这些基于不同技术解决方案的独立研究都得出结论，到2040年， SBSP可以为欧洲家庭和企业提供价格有竞争力的电力、取代化石燃料能源，补充太阳能光伏和风能等现有可再生能源，减少对大规模储存解决方案的需求.

如果技术进步中等， SBSP系统将花费334亿欧元建造， 311亿欧元运行30年。

我们从2022年弗雷泽·纳什和罗兰·伯杰SBSP研究中学到了什么？

而Roland Berger研究（与OHB合作）是基于上述John C。Mankins SPS-ALPHA架构，弗雷泽纳什研究基于英国最新的替代方案（ 2017年） ：命名 卡西欧佩亚 如恒定孔径、固态、集成、轨道相控阵。该架构可以在与SPS-ALPHA不同的更低轨道上运行，并引入了天线方向控制的一些改进。这些架构提醒我们，有必要在适当的时候协调国际SBSP轨道时隙和频率分配。重要的是，这两种架构都使用低功率密度微波频率，预计这些频率对可能通过光束的鸟类、人、飞机和卫星是安全的。

弗雷泽·纳什已经发表了 2021年9月为英国政府进行的SBSP研究.它 执行摘要 明确地提出了英国SBSP倡议的理由。2022年，根据到2070年SBSP架构的54颗卫星（每颗卫星提供1.44亿瓦）的数量级，弗雷泽·纳什研究得出结论， 6010亿欧元的收益将超过4180亿欧元的开发和运营成本。该研究指出，很大一部分好处包括节省陆地（化石燃料）能源产生和碳排放成本。至于2022年至2070年欧洲SBSP系统福利的“净现值”，将在1490亿至2620亿欧元之间。弗雷泽·纳什的研究热衷于使用门槛利率来定义公共（政府）和私人投资者融资之间的最佳平衡。它的精细分析产生了电力成本，解决了基于能源组合的电力负担能力这一更大问题。

随着核电VALCoE稳定在91欧元/兆瓦小时，其他可再生能源稳定在37-58欧元/兆瓦小时范围内， SBSP变得真正具有竞争力。

罗兰·伯杰方法反映了欧洲大陆国家在能源政策方面的情况差异。该研究承认，关键参数的不确定性和变化范围只能导致广泛的估计，但它为前进的道路而蓬勃发展。研究的结论是，基于约翰C。曼金斯SPS-ALPHA架构，如果技术进步中等，SBSP系统将花费334亿欧元建造， 311亿欧元运行30年。如果技术进步迅速而实质性，建造成本可能会下降到81亿欧元，运营SBSP 30年的成本可能会下降到75亿欧元。罗兰·伯杰建议，欧洲需要为可重复使用的发射器能力开发每公斤500-1 000欧元的范围，以实现这一目标。成本假设的不确定性范围反映在电力成本的广泛范围上。Roland Berger使用VALCoE （价值调整后的水平电力成本）和基于场景的预测等指标来评估和比较发电技术之间的选项，对2050年的电价得出以下结论：随着核电的VALCoE稳定在91欧元/兆瓦小时，其他可再生能源的VALCoE稳定在37-58欧元/兆瓦小时范围内，SBSP作为“基本负载”（连续，可以取代化石燃料并补充间歇性地面太阳能和风能的非间歇性）电力来源。

欧洲SBSP ：我们接下来要去哪里？

部分问题是，在处理空间发展问题之前，我们正在处理能源政策问题。欧空局也许能够向前推进，但欧洲领导人必须在能源危机和空间领域自主能力建设方面采取行动。在开发的这一阶段，需要评估几个问题：

①不仅国家空间机构，而且能源管理机构是否能成为SBSP的主要客户，特别是初创企业？

②对可重复使用发射器服务的需求是否会增加，在一个可以采取行动的规模上具有竞争力？当数千次发射在轨道上建造SBSP的时候，如果欧洲仍然依赖SpaceX ，它将无法掌握其定价（这也不是自主性）。

③需要10亿欧元的资本金来支持股权和债务投资，能否得到落实？

④已经在绿色能源领域多元化的化石燃料公司能参与SBSP游戏吗？

⑤欧洲公共研究机构是否能与企业和初创企业创新者一起，沿着欧洲制造的SBSP价值链定位？

⑥保护欧洲和全球在轨SBSP资产免受有害干扰能否激励欧洲国防部门成为SBSP的融资和实施利益相关者？

希望即将到来的CM22将承认SBSP是欧洲成员国为经济和能源安全目的在空间领域进行实质性投资的关键潜在驱动力。最终的SBSP选择可能意味着欧洲的彻底变革：这可能意味着能源转型和空间发展作为其外交手段，并最终结束对能源的依赖。然而，这将需要一场明确的沟通运动，说明为什么我们需要投资于未来的能源基础设施，而不是补贴价格过高的化石燃料生产商。不，这些光束不会炸死鸟或人类。