一颗用于测试未来有一天收集和向地球传输太阳能的技术可行性的轨道卫星已结束其为期一年的任务，研究人员正急切地等待研究结果。根据加州理工学院今天发布的任务回顾，太阳能空间动力演示器（SSPD-1）背后的工程师认为，这款重110磅的演示器上的三项载荷都取得了成功，并相信该项目“将有助于规划太空太阳能的未来”。然而，即使这类项目获得资金支持，这个未来仍可能需要数十年。
SSPD-1于2023年1月初 aboard a SpaceX Falcon 9 火箭发射升空，载有三项实验：首先，其可展开在轨超轻复合材料实验（DOLCE）研究了轻质、受折纸启发的太阳能电池板结构的耐用性和有效性，而ALBA（意大利语意为“黎明”）则测试了32种不同的光伏电池设计，以确定哪种最适合太空。同时，用于低轨道功率传输的微波阵列实验（MAPLE）测试了旨在将轨道上收集的太阳能通过微波传回地球的微波发射器。
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也许最重要的是，MAPLE成功证明了太阳能可以首次通过光伏电池收集，并通过微波束传输到地球。在接下来的八个多月里，SSPD-1团队故意增加了MAPLE的压力测试，最终导致传输能力下降。研究人员随后在实验室环境中重现了这个问题，最终确定复杂的热电相互作用和各个阵列组件的磨损是导致问题的原因。
加州理工学院太空太阳能项目（SSPP）联合主任、电气工程和医学工程布伦教授Ali Hajimiri今天宣布，这些结果“已经促使对MAPLE各个元件的设计进行了修订，以最大限度地提高其在长时间内的性能。”
“通过SSPD-1在太空进行的测试，我们对盲点有了更多的了解，对我们的能力也更有信心，”Hajimiri补充道。
今天卫星和其他太空技术中使用的太阳能电池的制造成本比其地面同类产品高出100倍。加州理工学院解释说，这主要是由于添加称为外延生长（epitaxial growth）的保护性晶体薄膜的成本。ALMA确定，尽管钙钛矿太阳能电池是地球上的一种有前途的设计，但在太空中表现出很大的性能波动。与此同时，砷化镓电池在很长一段时间内运行稳定——而且不需要外延生长。
至于DOLCE，研究人员周一承认“并非一切都按计划进行”。尽管最初计划在三到四天内展开，DOLCE遇到了多种工程问题，例如电线缠绕和机械部件卡死。幸运的是，团队通过参考机载摄像头，在实验室的完整复制品上模仿这些问题，成功地解决了这些问题。尽管经历了许多麻烦，SSPP联合主任、航空航天与土木工程Joyce and Kent Kresa教授Sergio Pellegrino表示，DOLCE的太空测试“证明了基本概念的鲁棒性”。
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但即使SSPD-1总体上取得了成功，在通过卫星阵列高效且经济地收集太阳能之前，可能还需要数年时间。之前的估计显示，在太空中收集的太阳能成本为1-2美元/千瓦时，而目前美国电力的成本不到0.17美元/千瓦时。材料成本需要大幅降低，同时还要保持足够的强度以承受太空的太阳辐射和地磁活动。
在太空衍生的太阳能能够为人类的可持续能源基础设施做出贡献之前，还有其他问题需要解决。正如《纽约时报》去年指出的那样，SSPD-1通过微波束传输的能量与日常使用所需的能量相比微乎其微，而且这类轨道太阳能阵列可能需要数千英尺宽——作为参考，国际空间站只有357英尺长。此外，关于将强大的微波和激光束传回地球的安全性也有疑问。
SSPP的研究人员意识到，所有这些问题在真正实现轨道太阳能发电厂之前都需要解决方案。但他们最近的进展表明，至少，他们似乎走在一条充满希望的道路上。
