光伏其实就是利用太阳的光照发电。可惜只是在地球的某些地方铺设光伏设备,已经不太能满足人们狂野的思绪了。
那么,不如我们把太阳能发电板铺满全地球呢?这个想法够狂野,但是还有更狂野的。
太阳朝着四面八方都释放能量,能到达地球的不过是九牛一毛。那我们为什么不 用一个大球形的罩子给太阳罩起来 ,这样不就能利用太阳的几乎全部能量了?
人造「戴森球」,可能实现吗?
把太阳能发电板搞到太空上去,在日本的动画机动战士高达00当中,作者就提出过这样的设定。
故事的设定是2300年之后,地球上的化石能源接近枯竭。所以人类将太阳能发电板运到了太空,只不过动画里只是修了几条环地球太阳能发电的帆板,没有给地球的围一圈就是了。
机动战士高达00的太阳能发电系统
而且,更加狂野的给太阳围一圈的装置也有人设想过。它就是「戴森球」。
「戴森球」顾名思义,是由美国物理学家弗里曼·戴森在1960年就提出的一种理论。说白了就是给太阳这些恒星罩一个球,球的内壁是太阳能发电装置,直接肥水不流外人田,把太阳辐射出去的能量全部都罩住,完全利用起来。
毕竟到达地球的太阳辐射能量,只是太阳全部辐射能量的二十二亿分之一。如果能够全部利用起来,人类直接宣布实现能源自由。
戴森球想象图
不过,想必大家也发现了:这些技术,不是出现在文艺作品中,就是出现在设想里。完全没有什么实质性的项目。大家就应该能猜到,我们人类目前的技术还达不到能够建造戴森球的水平!
人类的文明等级还太低
那么?我们现在和戴森球还差多远呢?这里我们就不得不引入另一个概念了。那就是文明等级划分。现在比较常用的是 卡尔达舍夫等级 。
前苏联天文科学家尼古拉·卡尔达舍夫
这个规则是这样的,一个文明能够利用自己所在行星的全部能源,这个文明就属于一级文明。对于人类来说就是能够全部利用地球的能源。
如果人类能够完全利用太阳系的能源,那人类就属于二级文明了。再进一步,还有三级文明,也就是能够完全利用银河系的能源,以此类推。而根据估算,人类目前充其量达到了0.7级文明。
当然,这个划分规则只是一个大概的描述,并不是要你一点不落的把全地球,或者太阳系的能源一点不落的全都利用起来。比如说,地球上有个地方的石油,储量很少,开采难度很高。开采石油花费的能源比石油本身还多,那你就没有必要开采了。
但是就差了这点石油,你能说我们就不能够达到0.7级文明了吗?显然不是,其他分级也是一样。
而反观戴森球,几乎都是把太阳的所有能量基本全都利用起来了。那也就是说快非常接近二级文明的水平了。我们现在 只有0.7级而已 。确实是还差得远呢!
青海塔拉滩光伏电站
用光伏板包围太阳,有哪些技术难题?
或许这样的等级比较不够直观,我们来粗略计算一下。
目前我国最大的光伏发电基地是位于青海省的青海塔拉滩光伏电站,占地面积约为600平方千米。而 地球的表面总面积是510072000平方千米 。也就是需要85万座青海塔拉滩光伏电站。才能铺满地球表面。
然后不要忘记 太阳的表面积是地球的12000倍 。并且,友情提示一下,这是贴着太阳表面安装的。正常情况下,我们这样干,这些太阳能电池板会立刻被高温损坏的。但是即使这样,也需要 102亿座 青海塔拉滩光伏电站 。
太阳表面温度高达5500摄氏度
更别说为了防止高温,还要将安装的太阳能电池板隔开太阳一段距离,这样需要的太阳能帆板面积就会成平方级的增加。
除了工程量巨大,这样大量的工程需要消耗的原料也是个天文数字,先别说我们的工业能力够不够强。就算是我们的工业产能拉满。地球上有没有足够的材料,我们也得打个问号。
就再退一步。地球上有足够的原料,我们也生产出了这些设备。我们得将它们都发射上太空。而目前人类去往太空的途径还只有火箭一条路。而火箭就有一个很大的缺点。那就是, 效率非常低 。
火箭的有效载荷只是头部的一小块
发射时你看到的是一个高达几十米,几百吨重的火箭,可 真正到达太空的有效载荷,连10%都达不到 。要想把这些太阳能电池板送往太空,光是火箭就是另一项巨大的工程。
并且,制造太阳能电池板的材料还要够坚固,因为这并不是像我们现在空间站上那样几片十几米最多几十米的太阳能帆板。而是一整个连成片的,上万亿平方千米的连续的阳能电池板。这个结构强度也不是现在的材料能比拟的。
戴森球计划规模庞大
在这之后,我们还要掌握在太空的航行能力,才能给这些太阳能电池板进行维护和修理。
总结
看了上面的难题,我们一定要明白,并不是建造了戴森球让我们突然变厉害了,而是只有我们的各项科技发展到一定水平,才能开始建造戴森球。
首先我们要突破材料学,建造出质量过硬的戴森球组件,
火箭回收
其次我们需要一个更划算的将大批物资运输出地球的送往宇宙的能力。这样无论是直接把戴森球相关材料直接送入太空才能有可能实现。还要做好地球资源不足,开采其他星球资源的准备。
再者,我们的宇宙航行技术技术要实现长足的进步,特别是驱动方式,如果还用传统的化学火箭,那成本肯定起飞,而效率也不会很高。
因为要往来运输这些组件,然后其中不免有人参与,即使考虑人工智能可以参与管控。但是应该不能完全取代人工。那么一个生态循环系统也变得必不可少。
可控核聚变技术
方方面面上,我们还差好多。不过, 我们也在努力 :
材料学是人类从来没有放弃研究的学科;火箭,我们正在开发可回收火箭,尽可能降低成本,甚至未来会出现其他的方式;宇宙航行的动力,传说中的可控核聚变我们也在研究,并且水平位于全球前列。
所以,虽然我们的有生之年应该是看不到戴森球建成了,但是「子子孙孙无穷匮也」终有一天,我们会「集齐」所有的相关技术,迈进「二级文明」的大门。因为我们的目标是星辰大海。