鋼彈 00 的宇宙太陽能發電要成真了？日本把電送回地球，馬斯克把AI送上太空
已更新：10月6日
編輯的話
三年前，《小看新聞》還不存在的時候，我曾經在 INSIDE 寫過一篇報導：日本計畫把太陽能板送上太空，在宇宙發電，再把電力用「微波」送回地球。
當時的新聞說，日本下一步將挑戰 1～5 公里的長距離無線送電，並希望在 2025 年前後，進一步從幾百公里外的太空把電送回地球。
現在三年過去了。
1～5 公里的目標真的做到了；原訂 2025 年的太空實驗雖然延後，卻也已經有了具體的衛星、軌道與實驗方法。
更有趣的是，這三年之間，另一個人也開始大談「太空太陽能」：馬斯克（Elon Musk）。只是他的想法，和日本不太一樣。
三年前還很像科幻作品的「太空發電」，如今似乎正在走向兩條分歧的道路。
＝＝
日本的宇宙太陽能發電計畫即將進入太空驗證階段。經濟產業省支援的「OHISAMA 計畫」預計在 2026 年度內發射一顆約 150 公斤的小型衛星，從高度約 450 公里的軌道、以微波向日本國內送電。如果能在地面把微波轉換回電力，將是世界首例。
不過，這項實驗已經比原訂的 2025 年度晚了一年，負責載運的民間火箭又在今年 3 月第三度發射失敗，時程仍有變數。同一時間，馬斯克（Elon Musk）提出把 AI 資料中心直接送上軌道、就地使用太陽能的構想，和日本「把電送回地球」的路線正好相反。
2023 年，筆者在 INSIDE 以鋼彈 00 的軌道電梯開場，介紹過日本這項計畫。當時日本的紀錄還停在 50 公尺：2015 年水平方向、2018 年垂直方向的微波送電實驗。預告的下一步有兩個，一是 1 至 5 公里的長距離驗證，二是 2025 年前後的衛星實驗。
三年過去，第一步已經完成，第二步正在倒數。
▶️ 搭配觀看：【小看新聞】YouTube 節目
飛機實驗成功，送電距離從數十公尺拉長到數公里
2024 年 12 月 4 日，受經產省委託的一般財團法人宇宙系統開發利用推進機構（JSS）在長野縣諏訪市的霧峰高原（霧ヶ峰）進行實驗。飛機在 5 至 7 公里的高空盤旋，把原本會擴散的電波集中成波束（beam），送向地面 600 公尺見方範圍內的 13 座受電裝置。
JSS 事後表示，電波確實集中送到了瞄準的地點，結果良好。過去日本只做到數十公尺的送電驗證，這次一口氣拉長到數公里。擔任計畫技術委員會委員長的京都大學教授篠原真毅形容，這是地面研發的一大里程碑。
OHISAMA：150 公斤衛星、450 公里軌道，目標是點亮一顆 LED
接下來輪到衛星。日本經濟新聞今年 4 月報導，JSS 將與宇宙航空研究開發機構（JAXA）等單位合作，最快在 2026 年度進行從太空向地面送電的實驗。計畫名稱「OHISAMA」，就是日文的「太陽公公」。
衛星的太陽能板展開後寬約 2 公尺，最大發電能力 720 瓦，將被送上高度約 450 公里的軌道，再把電力轉成微波、送往日本國內指定的地點。送電距離比飛機實驗再多兩個位數。
實驗要確認兩件事：衛星是否依照指令送電，以及地面需要在多大的範圍內設置接收機。微波抵達地面時可能擴散到 20 至 40 公里，因此團隊會在以埼玉縣為中心、約 40 公里的範圍內設置多座接收機，在數個月內多次送電。
團隊也在評估使用 JAXA 臼田宇宙空間觀測所（長野縣佐久市）的大型天線接收微波、點亮一顆 LED。研究團隊認為，現階段只能接收到一部分微波，送電效率還很低。
那「世界首次」要爭什麼？美國加州理工學院在 2023 年已經成功從衛星向地面送出微波。日本這次要搶的，是「在地面把微波變回電力」的第一。
卡關的不是衛星，是火箭
衛星實驗原本鎖定 2025 年度，如今已延到 2026 年度，也就是最晚 2027 年 3 月底。更大的變數在火箭。OHISAMA 預定搭乘日本太空新創 Space One（東京都港區）開發的小型火箭「Kairos」升空，但 Kairos 至今還沒有成功把衛星送進軌道。
今年 3 月 5 日，Kairos 3 號機在發射 68.8 秒後中斷飛行，這是 2024 年以來的第三次失敗。Space One 在 8 月底公布調查結果，推定是機體累積的靜電產生電氣雜訊、混入通訊線路，導致通訊軟體重置。公司表示 4 號機將盡早發射，但具體時間未定。
換句話說，這項「世界首次」能不能在年度內實現，得先看 Kairos 何時能成功一次。
日本曾經領先，現在想拿回存在感
宇宙太陽能發電在 1968 年由美國提出，概念是在高度 3.6 萬公里的太空展開太陽能板，不分日夜、不受天氣影響地發電，再把電力轉成微波送回地面。日本從 1970 年代起以京都大學等為中心投入研究，與美國一同帶領這個領域。
京大在 1980 年代讓火箭在太空中分離，並在分離後的兩個機體之間收發微波，是全球首次在太空中的驗證。之後日本持續磨練控制波束方向的技術。
日經新聞分析，如果日本能證明高效率的送電技術、建立優勢，就能在國際上再次展現存在感。JSS 的柳川祐輝在飛機實驗前也表示，希望藉此證明宇宙太陽能發電已經是未來可以實現的技術。
2050 年的目標：一座衛星等於一部核電機組
經產省與 JSS 的構想，是在 2050 年以前把發電用的大型衛星送上高度約 3.6 萬公里的靜止軌道，把 60% 以上的發電量送回地面。單一座衛星就能取得 100 萬千瓦級的電力，相當於核電廠一部機組。
代價是規模。這樣的衛星需要展開 2.5 公里見方的巨大太陽能板，建造費用可能達到 1 兆 2,000 億日圓左右，而且必須在一年內發射 100 次以上的大型火箭。筆者 2023 年報導時，日經引用的估算還是 2 公里見方、超過 1 兆日圓，如今數字又往上調了一些。
儘管如此，經產省的目標是把發電成本壓在每度電 7 至 10 日圓，與地面的太陽能電廠相當。讓這個數字變得有可能的，是 2010 年代以後 SpaceX 等企業帶動的運輸能力提升。JAXA 也預定利用 2025 年發射的補給船「HTV-X」，實驗在太空中展開折疊的結構物，為建造大型設施做準備。
除了成本，還有兩個課題。第一是微波對電離層的影響。電離層存在由電子與離子組成的電漿，如果衛星送電擾亂電漿，GPS 和無線通訊使用的電波可能無法正常傳送，OHISAMA 也會一併調查這一點。
第二是法規。柳川祐輝指出，送電所使用的微波頻率需要有規則來確保，這得由聯合國旗下負責電信標準化的機構與各國共同討論。
篠原真毅也不諱言難度。他在 2024 年底表示，和其他技術開發相比，宇宙太陽能發電要放大規模特別困難。
馬斯克的另一條路：不把電送回來，把用電的 AI 送上去
同樣看上太空太陽能的還有馬斯克，但他的解法和日本完全相反。日本要把太空發的電送回地球，馬斯克則打算把最耗電的 AI 資料中心直接搬上軌道，在太空發電、在太空用掉，傳回地面的只有資料。
日本 OHISAMA／SSPS | 馬斯克 SpaceX | |
推動者 | 經產省、JSS、JAXA 等（國家計畫） | SpaceX（民間企業，已收購 xAI） |
發電地點 | 太空 | 太空 |
能源 | 太陽能 | 太陽能 |
電在哪裡使用 | 地球 | 太空 |
傳回地球的是 | 能源（微波） | 資料（衛星通訊） |
主要目的 | 地球的能源供應 | AI 運算 |
規模目標 | 單座衛星 100 萬千瓦，太陽能板 2.5 公里見方 | 最多 100 萬顆衛星 |
關鍵難題 | 長距離無線送電的效率、巨大結構的運輸與展開、頻率規則 | 散熱、抗輻射、在軌維修 |
現階段 | 2024 年 12 月完成飛機實驗，衛星預計 2026 年度發射 | 2026 年 1 月向 FCC 提出申請，目標 2027 年第四季首次發射 |
目標時程 | 2050 年前商用 | 馬斯克稱 2 至 3 年內，太空將成為成本最低的 AI 設置地點 |
共同前提 | 火箭發射成本下降、發射次數增加 | 火箭發射成本下降、發射次數增加 |
今年 1 月的達沃斯世界經濟論壇上，馬斯克與貝萊德（BlackRock）執行長芬克（Larry Fink）對談時表示，同一片太陽能板放在太空，發電量是地面的 5 倍。這個數字和日經 4 月報導的「約 5 倍」一致。他進一步預言：「設置 AI 成本最低的地方將是太空，2 年內就會成真，也許 3 年，最晚 3 年」。
他還透露，SpaceX 與特斯拉的團隊正各自朝「在美國年產 100 GW 太陽能」的目標前進。
動作緊接在後。1 月 30 日，SpaceX 向美國聯邦通訊委員會（FCC）提出申請，要發射最多 100 萬顆衛星、組成軌道資料中心。2 月初，SpaceX 宣布收購馬斯克旗下的 AI 公司 xAI，馬斯克在聲明中寫道：「長期來看，太空 AI 顯然是唯一能擴大規模的方法」。
時程也一再提前。SpaceX 在 6 月掛牌上市，上市文件原本寫的是最快 2028 年；到了下半年，時程又進一步提前。SpaceX 將首批軌道 AI 運算實證瞄準 2027 年底，馬斯克並表示第一代 AI 衛星預計採用 NVIDIA 晶片。
有意思的是，馬斯克早年曾公開表示不看好宇宙太陽能發電。而他現在選的路線，剛好不必把電送回地球。
這條路線繞開了日本正在苦戰的微波送電效率，也不需要在地面設置大範圍的受電設施，卻換來另一組難題。太空中沒有空氣可以散熱，國際太空站的散熱器只能排掉約 70 千瓦的廢熱，而一座數百 MW 等級的資料中心，產生的熱是它的數千倍。
麻省理工學院航太教授德韋克（Olivier de Weck）估計，要在軌道上複製一座 100 MW 的資料中心，設施規模必須是國際太空站的 500 至 1,000 倍。他對美國全國公共廣播電台（NPR）說：「可行嗎？我認為可行，但不是明年，當然也不是 3 年內」。
兩條路線的共同前提，都是火箭要夠便宜、夠密集。日本的商用構想需要一年發射上百次大型火箭，馬斯克則把希望放在目標每次載運 200 噸的星艦（Starship）。
美中歐都在追，月球是下一個戰場
日本的競爭對手也沒有停下來。美國空軍研究實驗室（AFRL）等單位預計最快在 2026 年進行小型衛星對地面送電的實驗，歐洲在 2022 年啟動以宇宙太陽能發電為目標的計畫，中國同一年也在西安電子科技大學建造了大規模的地面設施。
這項技術的應用也不只在地球。美國主導的「阿提米斯計畫」正在評估於月球南極附近建立基地，但當地有些地方陽光難以抵達、不易發電。如果從繞行月球的發電衛星向月面送電，就能為南極附近的機器人與探測車供電；用電力分解月球砂土中的水，還能取得可作為火箭燃料的氫與氧。
JAXA 的田中孝治副教授表示，OHISAMA 計畫可以驗證衛星姿態、微波控制等在月球也用得上的技術。馬斯克同樣把月球放進藍圖，他在合併聲明中提到，太空資料中心帶來的能力，將用來支撐月球基地和火星文明的建設。
2023 年篠原真毅曾說，如果日本能領先全球展現技術，就能成為在宇宙開發上、與其他國家之間的交易籌碼。這個籌碼能不能到手，接下來有三個觀察點：Kairos 4 號機何時發射、OHISAMA 能否在 2027 年 3 月底前升空，以及臼田的那顆 LED 會不會亮起來。
本文參考資料來源：日本経済新聞、世界經濟論壇、NPR、Astronomy、sorae 等
留言