“全球变暖是我们这个物种在未来100年将面临的最大挑战，” Justin Lewis-Weber说道。
Lewis-Weber目前是加州的一名高中生，他最近在《新空间》(New Space)杂志上发表了一篇论文，提出了他认为可以解决即将到来的能源危机的方法：将可自我复制的太阳能电池板部署到太空。这些太阳能电池板将在月球表面自主地制造自身的复制品。然后，它们将进入地球轨道，收集太阳的能量，并通过无线方式将其传输到地面。Lewis-Weber的论文是在Artemis Innovation Management Solutions公司的John C. Mankins工作的基础上进行的。
月球上的可自我复制太阳能电池板听起来可能很疯狂，但基于太空的太阳能的概念实际上可以追溯到几十年前，在20世纪70年代的石油危机期间曾一度受到关注。随着油价回落，该想法被搁置了，但此后发生了两件事：第一，世界在解决气候变化问题上变得更加迫切；第二，技术创新已将这个疯狂的想法从科幻小说领域中带了出来。这个想法正受到越来越多的关注，如果有一些大笔投资，基于太空的太阳能可能在几十年内成为现实。
为什么要把太阳能电池板放在太空？
Lewis-Weber表示，在我们地球人可获得的所有能源中，太阳几乎是最好的。“正如埃隆·马斯克所说，我们的天空中有一个聚变反应堆。”
普通太阳能的问题在于太阳并非总是在那里。我们有夜晚和阴天。而且太阳能电池板占用了大片土地。
Lewis-Weber说：“要用太阳能为整个世界供电，我们需要覆盖相当于内华达州92%面积的太阳能电池板，这还没算上电池。”“对我来说，这根本不可行。”
但如果你把这些相同的太阳能电池板放在太空，在高层大气之上，就不会有天气干扰，并且电池板将几乎持续沐浴在阳光下。此外，到达它们的阳光将比在地球上强27%，因为无需穿过大气层。
在轨道上没有阴天。
这些太阳能电池板将使用微波将能量传回地球上的接收器。而且，如果你担心的话，这些微波不会烧坏我们。
美国海军研究实验室从事太空太阳能电池板工作的Paul Jaffe告诉我们：“该系统将设计成不超过安全的功率密度。”（Jaffe曾提出从地球向太空发射太阳能电池板的计划——但它们不会是自我复制的。）“这有点像你不用担心骑自行车就能打破陆地速度记录。该系统无法被武器化。”
大型阵列也不会在地球上投下阴影。阳光会像其他轨道卫星一样围绕结构扩散。即使月球遮挡了太阳，它也只会在短时间内遮挡地球的一小部分。Jaffe说，内华达州大小的阵列所投下的阴影“甚至不到那（月球遮挡）的百万分之一”。
太空太阳能还有另一个优势。这些阵列可以将电力输送到全球大部分地区，无论接收器设在哪里。这为向发展中国家村庄或受灾地区输送电力打开了可能性。Jaffe说，接收设备可以装进几个集装箱。
此外，由于阳光几乎是连续的，太空太阳能不需要开发大型电池来储存电力——这是阻碍地面太阳能发展的一个因素。
只有一个大问题
要为世界供电需要大量的太阳能电池板，而将所有这些发射到太空将非常昂贵。
仅一次SpaceX的发射费用就约为6000万美元——这已经比竞争对手便宜很多了。在论文中，Lewis-Weber计算出，发射足够数量的太阳能卫星可能需要花费数万亿美元。
Jaffe同意：“发射成本无疑是决定太空太阳能成本的最有影响力的因素之一。如果没有降低这项成本，或者不使用其他方式来部署航天器，它在价格上就无法与（化石燃料）竞争。”
一个可能的解决方案？
如果我们不将数千块太阳能电池板送入轨道，而是只送一块能够自我复制的呢？然后，它制造的每一个机器都会制造自己的复制品，以此类推。就像兔子繁殖一样，太阳能电池板卫星的数量将呈指数级增长，在几个月或几年内覆盖内华达州的大小。
Lewis-Weber建议，地球轨道上用于建造所有这些机器人的资源并不多，所以我们可以将自我复制机器送到月球。在那里，它可以开采月球表面的铝、铁和硅，然后将其制成太阳能卫星宝宝的零件。
制造可自我复制的机器人并不容易，但Lewis-Weber有计划。第一步是尽可能简化太阳能电池板的设计。“与其有1000种不同类型的螺丝，”他说，“不如有五种。与其为不同零件拥有不同的模具，不如有一个3D打印机。”
就像兔子繁殖一样，太阳能电池板卫星的数量将呈指数级增长。
理论上，拥有大约18种不同“种类”的工厂机器，每一种执行一个简单的任务，例如生产螺丝或太阳能电池，就有可能将月球变成一个自给自足的太阳能电池工厂。
一旦太阳能电池板准备就绪，它们就可以发射回地球——这个过程比从地球发射要容易得多，因为月球的引力只有地球的六分之一——然后进入轨道。
这个过程需要很多新技术，但没有一项技术是遥不可及的。不需要曲速引擎或物质传输器（尽管后者肯定有用）。Lewis-Weber认为他可以用大约100亿美元完成这一切。大部分将用于研发。在技术开发和发射之后，它制造的每一块太阳能电池板基本上都是免费的。
用同样的100亿美元，从地球建造和发射太阳能电池板将提供一个足够大的阵列，为15万户家庭供电。这不差，但与用同样的钱为整个世界供电相比就相形见绌了。
即使Lewis-Weber的研发最终花费1000亿美元，其产生的电力成本（每千瓦时0.00042美元）也将比化石燃料低几个数量级。这不仅能使太阳能比煤炭、石油和天然气更具竞争力，而且意味着投资这项技术的公司可以赚大钱。
但目前还不可能
复杂的、可自我复制的机器人目前还不存在，而且“这将是一个艰巨的工程挑战，”Lewis-Weber承认。但这似乎是可能的。科学家们在建造能够“繁殖”的简单机器方面正在取得进展，并且有一个3D打印机接近自我复制；它能打印出自身73%的可用复制品。
至于挖掘月球尘埃并将其提炼成可用零件，这可能要归功于Deep Space Industries和Planetary Resources等公司，它们正在开发开采小行星的技术。
其他研究团队也在努力使太空太阳能成为现实。例如，Jaffe和他的同事们正在开发能够帮助单个卫星在轨道上组成有序阵列的技术。“无论你是用从地球发射的零件还是从月球建造这些，很可能都需要一些组装工作。”
这将是一个艰巨的工程挑战。
与此同时，日本的研究人员成功演示了将轨道上的太阳能电池板的能量传输到地面所需的无线输电技术。他们能够将10千瓦的电力传输到1640米（500米）外的接收器。
我们如何到达那里？
太空太阳能的概念似乎正在获得动力。在最近一次国防部竞赛中，500支队伍中有4支队伍获得了7项奖项，Jaffe的团队就赢得了其中4项。
他说：“随着气候变化，人们对这个（太空太阳能）确实有了新的兴趣。”
在他的国防部演讲中，Jaffe概述了实现太空太阳能的计划。他的策略将使用从地球发射的太阳能电池板而不是从月球发射，但逐步测试对于两种策略来说可能都是相似的。
一个国际团队将在地面测试该技术，然后将其带到国际空间站。之后，他们将发射一个“探路者任务”——一个小型阵列版本——进入近地轨道。该任务将能够将电力传输到世界任何地方。
他在演示文稿中说：“如果现在开始，这些步骤可以在2021年完成，并且花费约3.5亿美元。”这“大约是美国人每年在宠物万圣节服装上花费的金额。”
我们可以用与美国人每年在宠物万圣节服装上花费的差不多的金额开始。
Lewis-Weber也将致力于在今年秋季进入一所顶尖大学时争取资金。他心里有一个特别想合作的人：“我将非常高兴与埃隆·马斯克合作。”
这位制造电动汽车、发射火箭的亿万富翁无疑将非常适合这个项目，尽管可能很难打通他的电话。但如果你已经在进行登月般的壮举，为什么不志存高远呢？
