自上世紀70年代首次提出以來,空間太陽能一直是個超現實主義的夢想。進入21世紀,3D打印讓這個夢想有了照進現實的可能。
相較于地面太陽能,空間太陽能(SBSP)擁有眾多優勢。但將太陽能電池板送上空間軌道的成本極高,因此發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打印近些年發展迅速,態勢喜人。相較于將提前生產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公司的產品—— SpiderFab 3D機器人打印機提供了投資。TUI首席執行官Rob Hoyt解釋,產品的整體構想是在太空創造一個簡潔的、持久耐用的組裝指令,操控3D打印技術和機器人在太空制造空間太陽能系統,以此替代太陽能電池板在地球的生產、安裝過程。
通過3D打印技術,人們只需要將打印機運送至太空,就能實現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的技術只需用更小、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、高性能的桁架結構。這個結構用于支撐系統部件,使系統的大型支撐結構得以安裝,系統包括數百個太陽能電池板、大型太陽能反射器、足球場大小的天線。
為了實現空間太陽能發電,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構作為整個系統的框架。之后,如果要在太空中部署聚焦式太陽能的話,機器人會根據指令在桁架結構上覆蓋一層PV薄膜或反射物質。
Hoyt表示,盡管公司還沒有對空間太陽能的細節進行分析,但TUI已經通過設計分析確認,SpiderFab能夠在太空生產裝機為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%的時間里保持發電。目前地面太陽能電價已經能夠與電網電價持平,但因缺少商用儲能設備無法實現持續的電力供給。以目前的技術成本,倘若使用儲能設施,那么電價將漲至現在的2-3倍。