3D打印能够让空间太阳能发电成为现实吗？

 自上世纪70年代以来太空太阳能发电一直是一个未来的幻想，但21世纪伊始3D打印技术的出现让这种幻想更加接近现实。

Tethers Unlimited首席执行官兼首席科学家罗布-霍伊特（Rob Hoyt）表示：“总体设想是创造一种卫星蛹，具有紧凑耐用的“软件DNA”装配指令，能够在轨道上制造空间系统组件，而不是建在地面上。”

TUI已经从美国宇航局创新科技前沿项目（NIAC）计划为其SpiderFab机器人打印机项目赢得了两轮的资金。10万美元的奖励用于验证该技术的可行性和价值主张，50万美元资金用于测试在太空中制造出高性能桁架结构原型和天线阵列的可行性。

霍伊特表示：“我们的分析显示，一旦进入太空，SpiderFab的机器人制造系统就会对材料进行处理，制造出适合太空环境的超大型结构。这种方法不同于传统技术，因此能够制造出大小是现在数十甚至数百倍的天线或天线阵列，从而提供适用于各类太空任务的大型设备。”运输紧凑型材料而不是笨重的产成品“或减少10倍的承载量和50%到80%的质量。
霍伊特认为，3D打印技术和在轨组件自动构建可以允许人类将部分原材料通过较小型火箭的方式运输至太空，这将“有效节约人类的太空运输成本”。

一旦进入太空，TUI的Trusselator--SpiderFab架构的第一步--将使用3D打印技术和机器人装配设备“制造长的高性能桁架结构。”这些架构将为“建造大型系统提供支撑，比如数百千瓦的太阳能阵列、大型太阳帆以及足球场大小的天线系统。”
霍伊特解释说，对太空太阳能发电来说有两个基本步骤。首先，3D打印机将建设一个碳纤维桁架结构，将作为该系统的框架。然后，它将在薄膜光伏或反射材料（如果部署聚光太阳能发电）结构上铺一层膜。

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“我们还没有详细的研究空间太阳能，”霍伊特说。但是，刚刚完成的300千瓦轨道太阳能阵列设计分析证明，SpiderFab预计可以让承载量减少10倍，质量减少最高达80%。

TUI还开发了将制造用于该分析的实验室版本桁架结构制造设备。

“地球同步太阳能在一年99%的时间里都可以产生基底负荷电力，”美国宇航局阿波罗11号登月车经理休伯特·戴维斯解释说。他是由9名前美国宇航局和阿波罗计划科学家组成的Solar High Study Group的成员和退役军人领袖，呼吁进行太空太阳能发电研究。

戴维斯指出，地面太阳能电池阵列已经实现电网平价，但没有储存它们不能提供公用事业公司需要的基底负荷电力。提供该项服务的存储成本将使“我们的电费加倍或增至三倍。”

Solar High Group正致力于“整合一个由政府和业界组成的财团，”戴维斯说。第一步将是资助更新70年代完成的波音/北美航空研究。他们研究了技术可行性、环境影响、土地利用、人力需求、能源回收期以及预估成本，确认了该种概念“在没有新科学的背景下具有技术可行性”，但发现太过昂贵。

成本一直是影响Solaren公司试图实现太空太阳能发电商业化的主要障碍。日本宇宙航空研究开发机构也在致力于这个领域的研究。

2012年8月美国宇航局阿波罗项目工程师菲利普·查普曼计算得出太空太阳能发电的交付成本介于每千瓦时0.1美元到0.11美元。根据查普曼2013年7月作出的最近计算，如果达到规模水平，发射成本将介于每千瓦时0.008美元，交付成本则为每千瓦时0.023美元。

鉴于3D打印技术将显著减少体积和质量，这些发射成本可大幅减少，尽管霍伊特不能具体评论太空太阳能发电，戴维斯的研究小组尚未考虑TUI技术的影响。

成本并不是太空太阳能发电面临的唯一挑战。“安全问题是除成本外最让人担心的地方所在，”Solar High承认。将太空太阳能电力从轨道天线投递到地面整流天线的微波传输将是“微波炉能量的200万倍。”

但是，前美国宇航局无线电力传输工程师理查德·迪金森透露传输的最大射频强度“只是阳光的四分之一”。此外，如果地面站出现任何中断，发射器会立即关闭。“飞机可以安全地穿过光束，测试已经证明即使是敏感的蜜蜂也不会受到影响，”戴维斯说。

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戴维斯解释说，无人推进太空太阳能发电的两个“真正原因”是：

1. 公用事业公司“合理和适当的风险规避”；
2. 阻止其他能源方式获得补贴的游说者，因为一旦这些能源方式获得补贴，他们将“失业”。
“3D打印已经成为一个包罗万象事物，进化的如此之快以致成为可能做各种事情的多用途技术，”霍伊特解释道。
波音公司和美国通用电气正开发利用3D打印技术制造飞机部件的技术，小规模的应用开始进入制造商的供应链。
“鉴于美国宇航局资助的方式，SpiderFab将在三五年面临无钱可用的境地，”霍伊特说。“我们将不得不逐步发展我们的工艺，展示我们的可靠性。”