之前聊到無線充電與無線電力傳輸，無論是廣泛應用在智慧型手機上的電磁感應技術，或是可以用在一個大範圍多設備的隔空無線充電技術，都是用在我們日常生活設備上。但無線電力傳輸不只有用在這些我們平常容易看到摸到的設備上，現在連發電都可以應用無線電力傳輸的技術，而且是用在外太空科技上，關鍵就在微波無線電力傳輸技術。
*from Caltech
太陽能發電就是無線電力傳輸
之前曾舉一個與傳統無線電力傳輸認知較為不同的例子，也就是利用剩餘電力將水轉成位能的抽蓄發電，這也是台灣常用的發電方式，等到需要用電時再將這水用於水力發電。這次我再舉另外一個例子，這個例子就跟我們今天要聊的太空科技非常相關，也就是太陽能發電。
其實太陽能發電就是最原始的無線電力傳輸，太陽是地球最取之不盡用之不竭的能量來源，太陽以光波將能量傳送到地球，除了孕育萬物外，我們還能利用太陽能發電板將其轉換成電能，我想這大家都很明白，這其實就是一種無線電力傳輸的過程。
但我們也很明白，當黑夜來臨或是烏雲密布時，太陽能發電板完全就沒有發揮空間，要依賴太陽能發電做為國家的基載電力是不可能的事情。所以都必須依賴能穩定輸出電力的發電設備，如火力發電或核能發電，才能讓人民生活用電更安心。
不過，如果有個地方可以一直穩定的讓太陽能板曬到太陽，是不是就可以當成基載電力了呢？再繼續講下去之前先讓大家想三秒，到底哪裡可以讓一直曬到太陽？
*from Kisplay
太空太陽能發電成真
大家有想到了嗎？這地點當然不在地球上，而是在外太空，也就是將太陽能發電廠設立在衛星上。就在今年三月時，加州理工學院成功將衛星上收集的太陽能，轉換成微波將其傳送到地球上的接收站，並成功轉換為電能，達成了首次外太空太陽能發電的實驗。
其實這個概念已經發想非常久了，文獻中最早有這樣想法的是出自 1923 年俄羅斯航太工程師 Konstantin Tsiolkovsky 康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基，他提出利用鏡面系統將太陽光集中轉到地球上；另外也是來自俄羅斯的美國科幻小說家 Isaac Asimov(艾薩克艾西莫夫)，他在 1941 年的基地系列短篇小說中提到，利用太空站收集太陽能量後，以微波方式傳送到地球。而真正將其具體化的是在 1968 年由美國航太科學家 Peter Glaser 彼得 格拉瑟 提出的太陽能發電衛星系統，並取得美國專利，他的概念就是以大面積的天線將外太空蒐集到的能量轉為微波，並傳送到地球上更大面積的接收天線上。
想不到在 56 年後，這概念才由加州理工學院實驗成功，這計畫名稱為 Space Solar Power Demonstrator，在今年一月時以 Space X 旗下 Falcon 9 火箭，發射搭載太陽能板與微波轉換器的 Vigoride 6 衛星到軌道上，再以低軌道衛星將微波傳送到地表的接收器。這計畫在今年三月時進行測試，成功完成實驗。
在這次實驗中，還包含測試太陽能板的展開結構，與透過不同材質測試太陽能轉換效率。這項技術的好處除了可以讓太陽能發電避開天候因素進行發電外，少了大氣層的屏蔽，能量更強大，發電效率也更好。但若要有著 1 吉瓦（1 gigawatt）發電能力，需要 2 公里見方的太陽能板，無論在運送或是直接在外太空組合，都是非常龐大的工程。雖然目前看來發電成本與難度相當高，但至少踏出了永續發電的第一步，讓未來可以不用透過地球上有限的資源進行發電，也能更為環保。
*from Caltech
微波無線電力傳輸是關鍵
從衛星發射的微波讓地面接收器接收後轉換為電能，這就與我們之前提到的射頻電波無線充電，也就是 AirFuel RF 提出的技術非常類似，都是以無線電波方式進行傳遞，但兩者最大差異就是在電波的頻率。
射頻無線電頻率在 MHz ~ GHz 間，大概就是我們使用的 4G 這樣的頻率範圍；而微波則是於 GHz ~ THz 間，比起 5G 頻率要高，波能載運的能量更大，可以實現更長的傳輸距離。最後當地面接收到微波後，將其轉換為高頻交流訊號，接著再由電磁感應產生電流，達成外太空發電廠的發電目的。
雷射光束無線電力傳輸
除了微波無線電力傳輸外，其實還有許多團隊也正在研究不同形式的太空無線電力傳輸方式，也就是大家熟知的雷射，這技術在太空太陽能板產生電力後轉換成雷射，並藉由光學透鏡與反射鏡聚焦傳送至地面接收站，並利用接收站的太陽能板轉換成電能。但這項技術危險性相當高，若被作為軍事使用，將會造成非常大的威脅；或是如果精準度有偏差，也可能造成難以收拾的災難。
後記
雖然走了 56 年才讓最初的發想成真，也實現了小說中的預言，但這一小步其實極為重要。在地球資源極為緊缺，加上氣候暖化讓大家將傳統燃油運具轉為電力，而台灣更緊迫的是核能發電是否推動依然卡在政治問題之時，若太空科技可以解決這問題，真是地球人的福音。當然科技的推動一定有風險存在，只希望到時候不要有人出來絕食抗議，我想當技術更純熟時，台灣應該加緊跟上腳步。
