研究人员从移动的飞机发射能量

在 11 月一个狂风大作的日子里，一架赛斯纳涡轮螺旋桨飞机在宾夕法尼亚州上空 5000 米高度飞行，当时的侧风风速高达 70 节 —— 几乎与这架小型飞机的飞行速度相当。但这种颠簸的飞行条件并未阻碍任务的执行：飞机在飞越地面的过程中，成功向地面接收器实现了无线电能传输。

此次试飞是全球首次从移动航空器向地面进行无线输电的成功尝试。该试验由总部位于弗吉尼亚州阿什本的初创公司 Overview Energy 开展，这家公司于 12 月结束隐秘研发模式，正式对外公布了这项成果。

不过，此次飞行任务的更深层目标，是为一个更宏大的愿景验证可行性 ——从太空向地球进行无线输电。Overview Energy 计划将卫星发射至地球同步轨道（GEO），在这个永无黑夜的区域收集未受大气过滤的太阳能，再将这些丰富的能源传输回地球。太阳能将以近红外波的形式传递，地面现有的太阳能电池板即可完成能量接收。

这种名为空间太阳能发电的远期构想，在过去十年间既是人们畅想的蓝图，也是科研领域的攻坚课题。加州理工学院的空间太阳能发电项目曾于 2023 年开展演示任务，在太空中利用微波完成了电能传输。与此同时，地面无线输电技术也在稳步推进。美国国防高级研究计划局（DARPA）于 2025 年 7 月创下了一项无线输电新纪录：利用激光在 8.6 公里的距离上，实现了 800 瓦电能持续传输 30 秒。

但在去年 11 月之前，从未有团队实现过从移动平台向地面接收器主动发射电能。

无线输电技术迈入空中应用阶段

尽管 Overview Energy 此次试验传输的电能功率不高，但整个系统采用的组件与技术方案，均与该公司计划用于太空的版本完全一致。“这不仅是首次在移动平台上实现远距离、有实际功率意义的光学无线输电，”Overview Energy 首席执行官 Marc Berte 表示，“更是全球首次将无线输电的全功能组件整合为一套系统并成功运行。这套技术方案的原理与功能，正是我们未来将推向太空并进行规模化应用的核心。”

该技术方案的突破性足以吸引顶尖专家的关注 —— 无线输电领域专家 Paul Jaffe 便辞去了 DARPA 项目主管的职务，加入该公司担任系统工程负责人。在任职 DARPA 之前，Jaffe 已在美国海军研究实验室工作了 30 年。

促使 Jaffe 决心加入这家初创公司的契机，是在一次会议上听 Marc Berte 讲解 Overview Energy 的技术规划。“当时我就觉得，这个方案是真的能落地，”Jaffe 回忆道，“它似乎解决了很多其他构想中难以逾越的障碍。我记得回家后告诉妻子，我甚至觉得这个难题已经被攻克了。所以我开始思考：我是否应该做一件近乎‘离经叛道’的事 —— 辞去 DARPA 项目主管的职位，去投身这项全新的事业？”

在 Jaffe 看来，Overview Energy 方案最具吸引力的一点，是其解决了空间太阳能发电领域的功率密度难题。功率密度较低的波束更安全，因为它不会将大量能量集中投射到地球表面的某一个点，但这种波束的能量传输效率较低，难以输送可用规模的电能；功率密度更高的波束传输效率更优，但研发团队必须设计出相应的安全保障机制。

空间太阳能发电技术掀起新波澜

此前，不少研究团队都选择微波作为无线输电的载体。但 Jaffe 指出，除了向地球发射高强度微波束存在的安全隐患外，还存在一个关键问题：微波所在的 2—20 吉赫兹频段，属于他口中的 “频谱黄金地段”，该频段已被规划用于 5G 蜂窝网络等诸多应用场景。

“现实情况是，”Jaffe 表示，“就算现在真的有一套完全成熟的微波输电型空间太阳能发电卫星系统在轨运行，地面也配套建设好了数公里级的微波接收站 —— 这套系统也根本无法启动，因为相关频谱并未被分配给这类输电应用。”

正因如此，Overview Energy 计划采用功率密度更低的广域红外波进行电能传输。地面现有的大型商业光伏电站，完全可以像接收日光照射一样，直接接收这种红外波束传输的能量。“相当于接收端的基础设施已经现成可用。”Marc Berte 说。该公司的下一个重要目标，是研发适用于近地轨道的技术验证原型机；按照规划，他们希望到 2030 年实现地球同步轨道卫星兆瓦级电能传输，到本世纪 30 年代后期实现吉瓦级传输规模。

目前，外界对于空间太阳能发电技术的可行性仍存在诸多质疑。这是一项极具前瞻性的技术，还有大量难题亟待攻克，包括卫星如何抵御轨道碎片撞击、以及发射大型空间发电站所需的高昂成本等。（据该公司介绍，Overview Energy 的卫星将采用地面折叠制造、入轨后展开的设计方案。）

“降低单位质量的发射成本至关重要，”Jaffe 表示，“在此基础上，核心任务就变成了提升系统的比功率。我们在 Overview Energy 正在研发的多项技术，都是围绕这两个核心目标展开的。”