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太空星愿航天知识太空经济与碳中和

发布时间:2023/7/11 10:53:11   
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「本文来源:贝果财经」

仰望星空,去遨游星辰大海,一直是人类的梦想。然而,直到20世纪60年代,人类才开始真正实现这一梦想。只不过走出地球、迈入太空的主要是航天员,对于普通人来说是遥不可及的梦想。然而,到了年,维珍银河、蓝色起源和SpaceX等创新科技公司争相进入太空,而且搭载的主要是平民,离开地球摇篮、移民火星已经不再只是梦想。或许,人类将在不久的将来进入“全民太空”时代,这也意味着太空经济即将开启新的篇章。

放眼太空的同时,人类的摇篮地球正面临着越来越严峻的挑战。气候变化正加速演变为气候环境危机,地球系统正在通向“全面危机”的快行道。全球温升一旦突破“气候临界点”,气候灾害发生频率和强度将大幅上升。15个气候翻转事件已激活9个,未来气候变化会激活更多翻转事件,气候危机“灰犀牛”正加速向人类走来。年,应对气候变化、实现碳中和成为越来越多国家的发展目标,超过个国家提出实现碳中和、构建零碳社会的未来愿景,这最终将开启人类生活零碳时代的新纪元。

碳中和与经济,这两个看似风马牛不相及的主题,在年一同成为了最热的话题。实际上,太空经济和碳中和有着千丝万缕的联系,太空经济不仅在供给侧带动了清洁能源开发技术的进步,而且在消费端实验了全面电气化,还有望彻底解决碳中和供给侧问题,二者可以说是相互促进、相得益彰。

一、太空装备是全面电气化的试验田、“碳中和”技术的先锋官

全面推进电气化、实现电能替代是提高能效、实现碳中和的重要举措。电能的终端利用效率最高,可以达到90%以上,且使用便捷,可以实现与各种形式能源间的相互转换。提高电能在终端能源消费中的比重,推进工业、交通、商业和城乡居民生活等各领域的电能替代,不仅能够提高能源利用效率,还能增加经济产出,提高社会整体能效。从电力发展趋势来看,电能在终端能源消费中的比重呈现明显的上升趋势,经济越发达,整个社会的电气化水平越高。

电能是太空装备的“生命线”。目前,太空装备的能源主要是电能,这也是人类推进全面电能替代的重要实验。众多围绕着地球运转的人造卫星、空间站和航天装备,利用太阳能电池在太空中充电,实现相关系统的稳定运行,这也是太空飞行最重要的能源组成部分。空间站麻雀虽小但五脏俱全,航天员要在空间站内长期工作生活,必须充分发掘和利用丰富的太阳能资源,这就意味着空间站内基本上所有的工作和生活设备都必须尽最大可能是电气化的,从饮水系统到卫生系统,从娱乐系统到太空厨房,这就为人类全电气化的工作和生活进行了有益的实验和探索。

未来,航天器推进系统也在走向电气化。美国航空航天局(NASA)已经着手对太阳能电力推进系统进行测试,工程师们计划将这台被称为“磁屏蔽的霍尔效应火箭”与太阳能电力推进系统结合起来,进而使未来的深空探索的成本效益更高,所用的推进燃料比其他系统少10倍左右。

目前,人造卫星基本全部使用高效三结砷化镓太阳电池(转换效率30%以上),而其早期使用的效率较低的硅质电池,现在在民用光伏领域大放异彩。现代化的硅制太阳电池于年由一个半导体研究学者研发出来。年,科学家将硅制太阳电池的转化效率提高到4%左右,次年达到11%。年,美国的“先锋一号”人造卫星首次用了太阳能电池作为电源,成为世界上第一个用太阳能供电的卫星。直到现在,各式各样的卫星和空间飞行器上都布满太阳能电池的“翅膀”,保障其长期在轨工作运行,甚至可以工作达20年之久。

年能源危机之后,人类开始将太阳电池转向民用,最早应用于计算器和手表等,随后应用于偏远地区屋顶供电、通信基站供电等,近些年广泛应用于大型地面光伏电站。民用光伏技术的大规模推广,也使得光伏发电成本持续下降,近十年来光伏发电成本下降75%左右,电价竞争力持续提升,预计在年全面超越化石能源。目前,国内光伏项目最低中标价格为0.元/千瓦时;国外最低中标价格甚至低至1.04美分/千瓦时(约0.元)。

光电耦合器件(Charge-coupledDevice,CCD)是一种将光线转化为数据信号的电子器件。当美国科学家研制哈勃太空望远镜的时候,他们认识到当时的CCD技术无法满足哈勃的需要,于是NASA开始与一些公司合作,研发更先进的CCD,这一项技术随后被用于制造更先进的活体组织检查仪器和显微镜,而商业级别的CCD更是被广泛应用于数码相机中,相比此前的胶卷相机,数码相机拍一张照片,无需消耗胶卷以及后续的冲印,拍摄成本几乎为零,十分低碳,而且相片立刻呈现,极为便捷,极大的改变了我们的成像世界。虽然现在的相机基本上转为使用CMOS器件,但太空产业当年对民用市场的牵引作用功不可没。

通过上述案例,我们有理由相信,在强大的市场规模催生效应下,会有更多的“高高在上”的太空技术以较高的性价比“下嫁”民用产业,助力碳中和目标的实现。

二、太空技术直接监测碳中和状况

推进全球碳中和,离不开准确把握全球“碳收支”状况,建立系统的监测、计算、报告、检验的标准体系,也是各国参与全球气候和环境治理

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