一年前，加州理工学院的太空太阳能演示器(SSPD-1)发射到太空，展示和测试使太空太阳能成为现实所必需的三项技术创新。

太空太阳能发电项目结束了首次太空任务取得了成功并吸取了教训

星载测试台展示了在太空中无线传输电力的能力;它测量了太空中各种不同类型太阳能电池的效率、耐用性和功能;并对轻型可展开结构的设计进行了实际试验，以输送和容纳上述太阳能电池和电力发射器。

现在，随着SSPD-1的太空任务结束，地球上的工程师正在庆祝试验台的成功，并吸取重要的经验教训，这将有助于规划太空太阳能的未来。

“以商业价格从太空发射太阳能，照亮地球，仍然是未来的前景。但这一关键任务表明，它应该是一个可以实现的未来。”加州理工学院校长托马斯·F·罗森鲍姆(ThomasF.Rosenbaum)说，他是索尼娅和威廉·戴维多(SonjaandWilliamDavidow)主席兼物理学教授。

SSPD-1是一个已经进行了十多年的项目的一个重要里程碑，作为多国追求的技术向前迈出的切实而引人注目的一步，引起了国际社会的关注。它于2023年1月3日在MomentusVigoride航天器上发射，作为加州理工学院太空太阳能发电项目(SSPP)的一部分，该项目由HarryAtwater、AliHajimiri和SergioPellegrino教授领导。它由三个主要实验组成，每个实验测试不同的技术：

DOLCE(可部署在轨超轻复合材料实验)：一个1.8米x1.8米的结构，展示了可扩展模块化航天器的新颖架构、封装方案和部署机制，最终将组成一个公里级的星座，作为发电厂。

ALBA：32种不同类型的光伏(PV)电池的集合，可用于评估能够承受恶劣太空环境的电池类型。

MAPLE(用于低轨道功率传输实验的微波阵列)：一系列灵活、轻便的微波功率发射器，基于定制集成电路，具有精确的定时控制，可将功率选择性地集中在两个不同的接收器上，以演示太空中远距离的无线功率传输。

“这并不是说我们在太空中还没有太阳能电池板。例如，太阳能电池板用于为国际空间站供电，”奥蒂斯·布斯工程与应用科学部领导主席阿特沃特说;应用物理和材料科学霍华德休斯教授;液体阳光联盟主任;SSPP的主要研究员之一。“但是为了发射和部署足够大的阵列来为地球提供有意义的电力，SSPP必须设计和创建超轻、廉价、灵活且可部署的太阳能能量传输系统。”

DOLCE：部署结构

尽管SSPD-1上的所有实验最终都取得了成功，但并非一切都按计划进行。然而，对于领导这项工作的科学家和工程师来说，这正是重点。SSPD-1的真实测试环境提供了评估每个组件的机会，收集到的见解将对未来的空间太阳能阵列设计产生深远的影响。

例如，在DOLCE的部署过程中(原定的过程需要三到四天)，其中一根连接对角吊杆和结构角落(使其能够展开)的电线被卡住了。这使得部署陷入停滞，并损坏了一根吊杆与结构之间的连接。

随着时间的流逝，团队使用DOLCE上的摄像头以及Pellegrino实验室中的DOLCE全尺寸工作模型来识别并尝试解决问题。他们确定，受损的系统在受到太阳直接加热以及地球反射的太阳能加热时会更好地部署。

一旦对角吊杆展开并且结构完全展开，就会出现一个新的复杂情况：结构的一部分卡在展开机构下，这是实验室测试中从未见过的情况。利用DOLCE相机的图像，该团队能够在实验室中重现这种干扰，并制定了解决该问题的策略。最终，Pellegrino和他的团队通过DOLCE执行器的运动完成了部署，该运动使整个结构振动并消除了堵塞。佩莱格​​里诺表示，这次经验教训将为下一个部署机制提供参考。

航空航天与土木工程系教授兼SSPP联席主任佩莱格里诺、乔伊斯和肯特·克雷萨教授表示：“太空测试证明了基本概念的稳健性，这使我们能够在出现两个异常情况的情况下成功部署。”“故障排除过程给了我们许多新的见解，并使我们高度关注模块化结构和对角吊杆之间的连接。我们已经开发出新方法来抵消超轻可展开结构中自重的影响。”

ALBA：收集太阳能

与此同时，Atwater领导的ALBA团队在超过240天的运行过程中测量了三类全新超轻研究级太阳能电池的光伏性能，这些电池以前从未在轨道上进行过测试。

一些太阳能电池是使用SSPP实验室和加州理工学院卡维利纳米科学研究所(KNI)的设施定制制造的，这为团队提供了一种可靠、快速的方法，使小型尖端设备快速做好飞行准备。在未来的工作中，该团队计划测试使用高度可扩展的廉价制造方法制成的大面积电池，这些方法可以大大减少这些太空太阳能电池的质量和成本。

目前商用的太空太阳能电池通常比地球上广泛部署的太阳能电池和模块贵100倍。这是因为它们的制造采用了称为外延生长的昂贵步骤，其中晶体薄膜以特定方向生长在基板上。

SSPP太阳能电池团队通过使用类似于当今硅太阳能电池制造工艺的廉价且可扩展的生产工艺，实现了低成本非外延空间电池。这些工艺采用高性能化合物半导体材料，例如砷化镓，目前通常用于制造高效空间电池。

该团队还测试了钙钛矿电池和发光太阳能聚光器，钙钛矿电池因其廉价且灵活而引起了太阳能制造商的关注，并且有可能部署在大型柔性聚合物片材中。

在ALBA的整个生命周期中，该团队收集了足够的数据，以便能够观察单个电池的运行变化，以应对太阳耀斑和地磁活动等太空天气事件。例如，他们发现钙钛矿电池的性能存在巨大差异，而低成本砷化镓电池的总体性能始终良好。

“SSPP为我们提供了一个独特的机会，可以将太阳能电池直接从加州理工学院的实验室送入轨道，从而加速通常需要数年时间才能完成的太空测试。这种方法极大地缩短了空间太阳能技术的创新周期，”阿特沃特说。

MAPLE：太空无线充电

最后，正如6月份宣布的那样，MAPLE展示了其在太空无线传输电力并将光束引导至地球的能力，这在该领域尚属首次。初次演示后，MAPLE实验持续了八个月，在后续工作中，团队将MAPLE推向极限，以暴露和了解其潜在弱点，以便将吸取的经验教训应用于未来的设计。

该团队将任务早期阵列的性能与任务结束时(当MAPLE受到有意的压力时)的性能进行了比较。观察到总发射功率下降。回到地球上的实验室，该小组重现了功率下降，将其归因于阵列中几个单独传输元件的退化以及系统中一些复杂的电热相互作用。

从MAPLE内部看到的视图，它将演示太空中的无线电力传输。这个角度显示了灵活、轻便的微波功率发射器阵列(右侧)，以及它们将向其传输功率的两个接收器(左侧)。图中顶部接收器正在接收电源，并被无线传输的电源点亮。

从MAPLE内部看到的视图，它将演示太空中的无线电力传输。这个角度显示了灵活、轻便的微波功率发射器阵列(右侧)，以及它们将向其传输功率的两个接收器(左侧)。图中顶部接收器正在接收电源，无线传输的电源会点亮它。

“这些观察结果已经导致对MAPLE各个元素的设计进行了修改，以在较长时间内最大限度地提高其性能，”布伦电气工程和医学工程教授兼SSPP联合主任Hajimiri说。“使用SSPD-1进行太空测试使我们能够更清楚地了解我们的盲点，并对我们的能力更有信心。”

SSPP：前进

欧文公司董事长、加州理工学院终身会员、慈善家唐纳德·布伦(DonaldBren)年轻时在《大众科学》杂志上发表的一篇文章中首次了解了天基太阳能制造的潜力，随后SSPP开始启动。

出于对太空太阳能潜力的兴趣，布伦于2011年与加州理工学院时任校长让-卢·沙莫(Jean-LouChameau)接洽，讨论创建太空太阳能研究项目。在接下来的几年里，布伦和他的妻子、加州理工学院受托人布丽吉特·布伦(BrigitteBren)同意通过唐纳德·布伦基金会(DonaldBrenFoundation)进行一系列捐款(承诺总额超过1亿美元)，为该项目提供资金，并捐赠给一些加州理工学院教授职位。

唐纳德·布伦(DonaldBren)表示：“加州理工学院杰出科学家的辛勤工作和奉献精神推进了我们的梦想，即为世界提供丰富、可靠且负担得起的电力，造福全人类。”

除了布伦斯夫妇的支持外，诺斯罗普·格鲁曼公司在2014年至2017年间还通过赞助研究协议向加州理工学院提供了1250万美元，以帮助技术开发并推进项目的科学性。