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關(guān)鍵字：空間電源；電動(dòng)繩系；核裂變；核聚變；反物質(zhì)

0 引言

空間電源技術(shù)是當(dāng)前國際范圍內(nèi)的一大技術(shù)熱點(diǎn)，但相關(guān)技術(shù)的不斷完善依然會(huì)面臨固有的挑戰(zhàn)和困難[1]。除國際空間站外，最大的空間電能用戶是位于地球同步軌道上的商業(yè)通信衛(wèi)星。對(duì)于地球同步軌道通信衛(wèi)星而言，發(fā)電功率增加亦意味著數(shù)量更多的通信轉(zhuǎn)發(fā)器和更大的帶寬。

本文重點(diǎn)研究了4種空間電源技術(shù)，分別為空間電動(dòng)繩系技術(shù)、空間核裂變技術(shù)、空間核聚變技術(shù)和空間反物質(zhì)技術(shù)。這四類技術(shù)的成熟度彼此存在差異。近年來，在國際領(lǐng)域上，電動(dòng)繩系和核裂變反應(yīng)堆技術(shù)的成熟度已逐漸達(dá)到可在空間領(lǐng)域應(yīng)用的程度。同時(shí)，該兩項(xiàng)技術(shù)已進(jìn)行了諸多飛行測(cè)試，且核裂變技術(shù)已在重要的戰(zhàn)略層面上得以應(yīng)用。這兩項(xiàng)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)是如何在成本、性能和風(fēng)險(xiǎn)上比太陽能電池陣列具備更廣泛的優(yōu)勢(shì)。核裂變反應(yīng)堆依然面臨著如何提高安全性的問題。相比之下，核聚變和反物質(zhì)推進(jìn)技術(shù)還遠(yuǎn)未成熟，其在得以應(yīng)用之前需要進(jìn)一步加強(qiáng)研發(fā)投入。

1 空間電動(dòng)繩系技術(shù)

電動(dòng)繩系最初作為一種空間推進(jìn)裝置而得以發(fā)展，但其也可應(yīng)用于空間電源領(lǐng)域。電動(dòng)繩系是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)想，由一根從衛(wèi)星中沿最低點(diǎn)或反最低點(diǎn)方向伸出的導(dǎo)電線組成，使其穩(wěn)定于重力梯度方向。電動(dòng)繩系通常采用導(dǎo)電膠帶、電纜或編織結(jié)構(gòu)，以增大可傳導(dǎo)的電流值，或增強(qiáng)對(duì)衛(wèi)星機(jī)體造成損傷的抵抗力。應(yīng)將電動(dòng)繩系與已被應(yīng)用于空間實(shí)驗(yàn)的非導(dǎo)電繩系區(qū)分開來，盡管非導(dǎo)電繩系已在空間任務(wù)中得以應(yīng)用，但其依然無法被應(yīng)用于空間電源領(lǐng)域[2]。

電動(dòng)繩系更適用于赤道低軌區(qū)域。該處的地磁場(chǎng)最強(qiáng)，且速度矢量與磁場(chǎng)方向最接近垂直[3]。在地球靜止軌道上，磁場(chǎng)由于較弱，而陽光在一年中多數(shù)時(shí)候都很強(qiáng)。在該軌道上，相比于太陽能電池陣列，電動(dòng)繩系可能是最具競(jìng)爭(zhēng)力的空間電源。

在空間推進(jìn)和空間電源兩種應(yīng)用中，電動(dòng)繩系均需要設(shè)置返回路徑，以使電流通過空間等離子體。為了能與空間等離子體發(fā)射電連接，繩系必須能夠從端部發(fā)射和收集電子。在繩系充滿正電的一端，電子收集可用一種相對(duì)簡(jiǎn)單的辦法實(shí)現(xiàn)，即將繩系的一個(gè)區(qū)域暴露于空間等離子體中。在繩系的陰極，電子的發(fā)射方式仍需不斷完善。原理上，與發(fā)射電子相對(duì)，可以擴(kuò)展出較大的繩系區(qū)域，以收集空間等離子體中的離子，但該方法需要收集足夠強(qiáng)的離子流。因此，陰極需要某種主動(dòng)電子發(fā)射裝置[4]。

可用于繩系的最成熟的電子發(fā)射技術(shù)使用空心陰極或等離子體接觸器?？招年帢O使氙氣流通過LAB6管而產(chǎn)生電子，通過氙氣的電弧使離子和LAB6材料發(fā)生碰撞，從而釋放出電子?？招年帢O技術(shù)也可用于離子推進(jìn)器和大型靜止軌道通信衛(wèi)星的霍爾效應(yīng)推進(jìn)器的電子源?？墒?，該項(xiàng)較為成熟的電子發(fā)射選擇，即空心陰極技術(shù)，在使用多年后即存在明顯缺陷?？招年帢O需要儲(chǔ)存推進(jìn)劑，以降低對(duì)繩系“減少推進(jìn)劑推進(jìn)”能力的要求，需要復(fù)雜的線路以用于點(diǎn)火和維持放電，通常還要求具備較大的質(zhì)量和功率配給。場(chǎng)發(fā)射裝置以及熱離子發(fā)射裝置都是降低推進(jìn)劑數(shù)量的有效選擇，但目前尚未證實(shí)其是否可在電動(dòng)繩系的使用壽命內(nèi)和電流水平下可靠工作。正在進(jìn)行的研究致力于提高場(chǎng)發(fā)射和熱離子發(fā)射裝置的壽命和可靠性，以此會(huì)對(duì)繩系在軌道應(yīng)用中的實(shí)用性產(chǎn)生較大的影響[5]。

繩系發(fā)出的電能必須有相應(yīng)的能量來源，以滿足能量守恒定律。繩系與行星磁場(chǎng)的洛倫茲力相互作用，會(huì)產(chǎn)生減小衛(wèi)星軌道動(dòng)能的電磁阻力。因此，繩系發(fā)電是以損失軌道高度為代價(jià)實(shí)現(xiàn)的。在評(píng)估繩系發(fā)電的收益時(shí)，必須從系統(tǒng)水平上考慮其可能帶來提高發(fā)射能力的成本。

至今，對(duì)于地球軌道上的典型空間任務(wù)而言，以軌道高度為代價(jià)，用繩系發(fā)電通常是一類性價(jià)比較低的技術(shù)方式，原因主要有兩點(diǎn)。（1）該空間內(nèi)的相關(guān)影響因素必定會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，因?yàn)檫\(yùn)載火箭和空間電源之間的成本均衡會(huì)隨技術(shù)進(jìn)步而發(fā)生變化。（2）繩系的這種允許軌道和電能之間的系統(tǒng)交換能力是獨(dú)一無二的。可以預(yù)想，以繩系作為儲(chǔ)能裝置是一個(gè)更加有利的航天任務(wù)方向。儲(chǔ)能可通過對(duì)繩系做功，以改善航行軌跡和提升軌道能量。之后，通過從繩系中放電和降低軌道高度可最新獲得之前儲(chǔ)存的能量。通過重復(fù)該循環(huán)，在任何軌道上，繩系都可以像衛(wèi)星電池一樣作為儲(chǔ)能裝置。

在地球軌道之外，繩系發(fā)電還具有潛在的、更好的空間應(yīng)用價(jià)值。在木星附近，太陽輻射強(qiáng)度約為地球附近的1/27。在該處空間電源需要使用面積較大的太陽能電池陣列或放射性同位素?zé)犭姲l(fā)電機(jī)（RTGs）。目前，仍有一種辦法可適用于衛(wèi)星從轉(zhuǎn)移軌道上向有磁場(chǎng)的目標(biāo)行星轉(zhuǎn)移的情況。在到達(dá)目標(biāo)行星附近時(shí)，繩系展開并被用作制動(dòng)推進(jìn)器，以進(jìn)入軌道，同時(shí)發(fā)出電能[6]。

電動(dòng)繩系自身具有較大的升空前測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)由于繩系長(zhǎng)度較大（百米到千米的量級(jí)），由此無法在真實(shí)模擬在軌低重力環(huán)境條件的地面測(cè)試中展開。除此以外，地面實(shí)驗(yàn)室無法復(fù)現(xiàn)空間等離子環(huán)境，發(fā)射前在陸地上的研究也不能對(duì)繩系的功能性進(jìn)行端到端的電氣測(cè)試。

由于無法通過地面設(shè)備進(jìn)行高保真測(cè)試，世界各國被迫進(jìn)行了大量空間試驗(yàn)，在這方面目前已在一項(xiàng)復(fù)雜技術(shù)的成熟化上取得了顯著進(jìn)展。相關(guān)飛行試驗(yàn)也表明，繩系在進(jìn)入軌道時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大振蕩。這一點(diǎn)對(duì)于衛(wèi)星的穩(wěn)定性有顯著影響，尤其是對(duì)于通信、導(dǎo)航及監(jiān)視等對(duì)指向精度有較高要求的衛(wèi)星。為找到抑制這種振蕩的方法，已經(jīng)開展了重大研究，但還未進(jìn)行空間測(cè)試。

迄今為止，在空間電源領(lǐng)域，尤其是在太陽能電池陣列占統(tǒng)治地位的靜止軌道通信衛(wèi)星的空間應(yīng)用上，電動(dòng)繩系的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力依然不如太陽能電池陣列[7]。如果能不斷在電子發(fā)射、動(dòng)力學(xué)及部署風(fēng)險(xiǎn)問題上取得進(jìn)展，電動(dòng)繩系可能會(huì)成為地球軌道和其他行星軌道上的商業(yè)缺口。

2 空間核裂變電源技術(shù)

RTGs作為一種亞臨界核裂變電源，是空間領(lǐng)域電能的一種重要來源，其為早期軍事衛(wèi)星和長(zhǎng)期的空間任務(wù)提供可靠的電能供給。但由于RTGS電源功率有限[8]，需將其功率提升至千瓦等級(jí)的水平，用以滿足空間監(jiān)視和無線電定向和測(cè)距（RADAR）任務(wù)。蘇聯(lián)和美國均已發(fā)展了空間核裂變反應(yīng)堆。盡管空間核裂變反應(yīng)堆依然并未被部署在衛(wèi)星上，但由于其固有的高功率以及在衛(wèi)星進(jìn)入日食區(qū)時(shí)提供不間斷輸出高功率的能力，其依然有著較高的研究?jī)r(jià)值。高功率空間電源在航天領(lǐng)域充滿競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)由于太陽能電池的發(fā)電能力會(huì)隨衛(wèi)星遠(yuǎn)離太陽而逐漸衰減[9]，其在日食區(qū)和遠(yuǎn)離太陽時(shí)的發(fā)電能力，對(duì)于諸如RADAR和具有夜間數(shù)據(jù)采集能力要求的光電偵察等地球軌道任務(wù)而言，可謂更具吸引力。

反應(yīng)堆通過核裂變反應(yīng)過程從而輸入和輸出產(chǎn)生熱能。輸入指標(biāo)是指燃料量和中子通量，燃料量在發(fā)射前批量裝載燃料的情況下通常是固定的，而中子通量通過裂變反應(yīng)過程中中子的調(diào)節(jié)、吸收和反射來實(shí)現(xiàn)控制。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，以此可通過調(diào)整核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)單元來實(shí)現(xiàn)，比如控制棒和控制屏。裂變過程的輸出指標(biāo)則包括更多的中子、熱能以及核裂變副產(chǎn)物。多數(shù)空間反應(yīng)堆使用高純度燃料，反應(yīng)堆中裂變副產(chǎn)物的堆積在任務(wù)期內(nèi)通常并不作為重大問題而進(jìn)行處理。反應(yīng)堆的溫度可通過控制中子束流和冷卻液而通過反應(yīng)堆核心的流率來調(diào)節(jié)。由于無法將地面上應(yīng)用的浮力效應(yīng)運(yùn)用于反應(yīng)堆設(shè)計(jì)過程中，反應(yīng)堆的空間應(yīng)用明顯依賴?yán)鋮s液循環(huán)泵。在其他行星或月球上時(shí)，則可使用兩相蒸氣作為一種無需泵送的工作流體。在空間中，則可使用單相冷卻劑，如液態(tài)金屬，或使用惰性氣體，如氦氙混合氣。

使用空間核反應(yīng)堆作為發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵是將輸出的熱能轉(zhuǎn)化成有用的電能[10]。在熱力學(xué)領(lǐng)域中，其意味著像高溫儲(chǔ)水池一樣的反應(yīng)堆必須與一個(gè)熱機(jī)或熱電直接轉(zhuǎn)換裝置相連。廢熱被送入低溫庫及衛(wèi)星上配裝的擴(kuò)展散熱板中?；厮輾v史，熱電堆在空間核發(fā)電系統(tǒng)中曾占據(jù)主導(dǎo)地位[11]，盡管蘇聯(lián)在最后幾次空間發(fā)射中使用了效率更高的熱離子轉(zhuǎn)換器，并持之以恒地研究熱離子發(fā)電裝置，以及實(shí)際熱機(jī)（比如遵循布雷頓循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)和遵循斯特林循環(huán)的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)），包括其他一些新型直接轉(zhuǎn)換裝置（例如熱光伏電池），也對(duì)其開展了相關(guān)研究。

直接轉(zhuǎn)換裝置通常是基于一個(gè)熱力循環(huán)來進(jìn)行運(yùn)作，其中應(yīng)用了熱力學(xué)第一和第二定律，即將反應(yīng)堆輸出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫碾娔芎蛷U熱，且通過第二定律描繪出效率和溫度的關(guān)系。這些裝置通常會(huì)使轉(zhuǎn)換器及其附帶的散熱器的總質(zhì)量得以最小化，但其代價(jià)是系統(tǒng)效率的降低。這種低效率為在較大系統(tǒng)中使用熱機(jī)提供了必要的應(yīng)用前景。

3 空間核聚變電源技術(shù)

為解決RTGs的一些負(fù)面效應(yīng)并實(shí)現(xiàn)其高功率性能，未來有3種較為可行的方案。第一種方案通過解決熱電轉(zhuǎn)換裝置（TECs）自身的低效率問題以提高RTGs裝置的內(nèi)在效率。先前通常采用的是熱電轉(zhuǎn)換單元，其具有4%～7%的轉(zhuǎn)換效率。使用新材料或更好的單元電池設(shè)計(jì)會(huì)帶來潛在的效率提高，可使效率提升至12%～14%，甚至在未來有望達(dá)到25%。這對(duì)于RTGs和使用熱電、熱光伏或熱離子轉(zhuǎn)換裝置的反應(yīng)堆都是較為可行的。雖然這種效率的提高減弱了尋找其他途徑的需求，但應(yīng)當(dāng)注意到，該領(lǐng)域的主要工作對(duì)象是小型發(fā)電裝置（發(fā)電量通常不到1 W），而且這些裝置的測(cè)試壽命均短于一整年。因此，為減小研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，需充分考慮到熱電、熱光伏或熱離子轉(zhuǎn)換器及相關(guān)子系統(tǒng)。

第二種方案若要探求更多的功率提升方法，可從單位質(zhì)量中獲得更多能量或使用各種熱機(jī)循環(huán)進(jìn)行補(bǔ)充，以此更有效地將熱能轉(zhuǎn)化為電能。

第三種方案更高的能量/質(zhì)量比則需通過核裂變反應(yīng)堆實(shí)現(xiàn)，而非通過放射性衰變過程[12]。

NASA自19世紀(jì)70年代以來即已開展了相關(guān)研究，但對(duì)此僅進(jìn)行過地面測(cè)試，從未開展過飛行試驗(yàn)。同樣，可考慮的熱源大多是放射性核素衰變單元，而并非反應(yīng)堆。這由于超出太陽能電池在太陽附近的相對(duì)較小的負(fù)載功率要求，RTGs的高技術(shù)水平必須直面在從地球軌道轉(zhuǎn)移之前從而所依賴的高功率核系統(tǒng)所隱含的一系列風(fēng)險(xiǎn)。由此使得遵循用于具有低效率熱電轉(zhuǎn)換器的高功率反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)先例的可能性不大，其原因有兩點(diǎn)。第一點(diǎn)邏輯上，功率/質(zhì)量比的提高對(duì)任何空間任務(wù)的執(zhí)行都是較為關(guān)鍵的，同時(shí)需避免核組件進(jìn)入地球大氣而引發(fā)的一系列災(zāi)難性后果，這使得對(duì)任何核發(fā)電系統(tǒng)的效率的考慮成為減小風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。第二點(diǎn)考慮的是以此可減小發(fā)射質(zhì)量，使用熱機(jī)時(shí)更有效的轉(zhuǎn)換過程則要求更小的反應(yīng)堆質(zhì)量。

空間核裂變技術(shù)在早期曾得以成功應(yīng)用，但其應(yīng)用范圍在后期卻日漸式微。在技術(shù)和政治層面上由于存在雙重障礙，亦使該領(lǐng)域的研究進(jìn)展得以延緩。美國地面核工業(yè)的不斷衰落、陸續(xù)發(fā)生的三里島和切爾諾貝利的核事故，以及20世紀(jì)晚期過剩的能源生產(chǎn)力，逐漸減少了來自私人產(chǎn)業(yè)的技術(shù)投入。最終，太陽能電池陣列在空間電源領(lǐng)域上取得重大進(jìn)展，并已成功應(yīng)用于20 kW量級(jí)的衛(wèi)星系統(tǒng)。

核技術(shù)應(yīng)用于空間任務(wù)的項(xiàng)目通常僅進(jìn)展到地面試驗(yàn)階段，盡管其已在系統(tǒng)可靠性和效率上取得了顯著突破，但這種暫時(shí)性的技術(shù)停滯依然將持續(xù)一段時(shí)間。

核聚變反應(yīng)通常會(huì)產(chǎn)生10倍于核裂變反應(yīng)的能量，因而對(duì)于制造高功率或更緊湊的發(fā)電系統(tǒng)充滿吸引力。當(dāng)前，用于約束聚變反應(yīng)的地面設(shè)備需要較大的容器。由此可知，基于當(dāng)前技術(shù)手段的空間應(yīng)用的初步發(fā)展將達(dá)到更高的功率水平（兆瓦級(jí)或更大），該數(shù)值遠(yuǎn)超過地球軌道任務(wù)的需求[13]。因此，核聚變空間電源的主要吸引力是為行星際或深空任務(wù)的推進(jìn)系統(tǒng)提供動(dòng)力[14-15]。這些任務(wù)需要高功率的推進(jìn)系統(tǒng)，以縮短航行時(shí)間。

聚變能是通過兩個(gè)較輕原子融合為一個(gè)總質(zhì)量略微減小的較重原子而產(chǎn)生的。損失的總質(zhì)量以能量的形式實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)在于約束。帶正電的原子核必須克服庫倫斥力接近，并保持緊密的接近狀態(tài)且保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以此促成聚變反應(yīng)的進(jìn)行[16]。當(dāng)約束時(shí)間滿足要求，且反應(yīng)速率達(dá)到使產(chǎn)生的能量超出約束原子核所消耗能量的程度時(shí)，聚變反應(yīng)即會(huì)超過盈虧平衡點(diǎn)并開始輸出能量。

可考慮將幾類反應(yīng)用于聚變發(fā)電。最易于實(shí)現(xiàn)約束的是氘氚（D-T）反應(yīng)，但該反應(yīng)在空間應(yīng)用上仍存在缺陷。反應(yīng)產(chǎn)生的高能中子使周圍的材料和結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞并產(chǎn)生放射性。相比于衛(wèi)星的工作壽命，氚的12.32年的半衰期依然是一項(xiàng)問題。中子的動(dòng)能必須被轉(zhuǎn)化為可被衛(wèi)星子系統(tǒng)使用的電能。為此，需要用熱覆蓋層包圍聚變反應(yīng)區(qū)，以將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，然后再使用核裂變反應(yīng)堆部分所描述的技術(shù)進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換。

被研究用于地面核聚變發(fā)電的兩種最常見的約束方法為磁約束和慣性約束。磁約束法使用來自外部或強(qiáng)等離子流自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)，使等離子體保持高溫。從根本上講，其為穩(wěn)態(tài)反應(yīng)。慣性約束法使用高功率脈沖激光器使一個(gè)小目標(biāo)發(fā)生內(nèi)爆，或使用脈沖電源通過磁作用使一根小型低溫纖維發(fā)生內(nèi)爆。慣性約束法會(huì)產(chǎn)生一系列小型爆炸，其本質(zhì)上相當(dāng)于微型核聚變武器。

使用現(xiàn)有約束方法的核聚變發(fā)電技術(shù)用于空間電源的系統(tǒng)工程的影響是令人震驚的。磁約束法將需要配置大型超導(dǎo)磁體（由此會(huì)帶來熱耗散問題），亦需要大量?jī)?chǔ)存能以啟動(dòng)或重啟反應(yīng)，對(duì)等離子體進(jìn)行輔助加熱的潛在的復(fù)雜方法、燃料來源及可能的燃料生產(chǎn)輻射效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星有效載荷和成員產(chǎn)生的影響[17]。慣性約束空間電源的影響同樣顯著。深度低溫能力和高功率激光或粒子束是有效實(shí)現(xiàn)慣性約束聚變的先決條件。

但是，通常難以對(duì)空間聚變發(fā)電的系統(tǒng)工程影響進(jìn)行客觀評(píng)估，其主要是由于地面核聚變技術(shù)尚未達(dá)到商業(yè)化運(yùn)營的成熟度。當(dāng)前，得出“將來的地面核聚變發(fā)電將采用磁約束或慣性約束”的結(jié)論是不合理的。考慮到該系統(tǒng)的復(fù)雜性和規(guī)模，由此不斷開拓出全新的技術(shù)領(lǐng)域，以此啟動(dòng)并容納核反應(yīng)，地面核聚變才會(huì)作為一種可行的電源實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。當(dāng)這些進(jìn)展在地面上實(shí)現(xiàn)以后，空間電源用戶必定會(huì)考慮將該技術(shù)過渡到空間軌道應(yīng)用領(lǐng)域中。

核聚變發(fā)電的潛在應(yīng)用也是必不可少的。現(xiàn)有的技術(shù)手段從根本上造就了吉瓦級(jí)的大型高功率系統(tǒng)。這種功率水平提升了星際載人飛行的實(shí)現(xiàn)可能性，尤其是在飛船著陸后且能在行星上進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)要求。因此，在空間推進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境下考慮空間核聚變發(fā)電技術(shù)更為適宜。

4 空間反物質(zhì)電源技術(shù)

反物質(zhì)是已知材料中能量密度最高的。該發(fā)電方式類似空間聚變發(fā)電，其主要被研究用于支持星際或深空探測(cè)領(lǐng)域。正物質(zhì)與反物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)后的能量密度可達(dá)108MJ/g的量級(jí)。其能量密度約為常規(guī)化學(xué)反應(yīng)的1010倍，裂變反應(yīng)的1 000倍，以及聚變反應(yīng)的100倍。

實(shí)現(xiàn)空間反物質(zhì)電源所需的技術(shù)開發(fā)可謂重中之重。反物質(zhì)產(chǎn)量較為有限，每年的產(chǎn)量?jī)H在納克量級(jí)，且其主要在相關(guān)粒子加速器，如在歐洲核子研究組織（CERN）和美國費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室中生產(chǎn)。生產(chǎn)反物質(zhì)的成本極高，由此如作為地面電源，該項(xiàng)技術(shù)的意義并不大，因?yàn)橹圃旆次镔|(zhì)所消耗的電能遠(yuǎn)超該反應(yīng)放出的能量。對(duì)于空間應(yīng)用，這種低效率所引發(fā)的問題則有所降低。如果在地面上生產(chǎn)反物質(zhì)，然后將其帶入太空作為電源或推進(jìn)能源，則其低效率的技術(shù)弊端可被相應(yīng)減少的運(yùn)載成本和較短的任務(wù)時(shí)間等因素所補(bǔ)償。關(guān)于儲(chǔ)存反物質(zhì)燃料領(lǐng)域的研究，目前主要集中在潘寧陷阱領(lǐng)域。

與核聚變技術(shù)一樣，建造適用于反物質(zhì)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和使用的基礎(chǔ)設(shè)施的成本是一項(xiàng)巨大的投資。為實(shí)現(xiàn)其空間應(yīng)用，仍需開展國際性合作，以支持相關(guān)投資和研究，找到成本和復(fù)雜性都大幅降低的反物質(zhì)生產(chǎn)方法。

5 結(jié)論及展望

當(dāng)使用新技術(shù)所獲得的收益和發(fā)展機(jī)會(huì)超過成本和風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，空間技術(shù)水平亦得以不斷推進(jìn)。未來，空間核反應(yīng)堆將會(huì)用于獲得比太陽能電池陣列更高的功率。彼時(shí)的低效率太陽能電池將被用于開發(fā)更高功率的電池陣列，從而也會(huì)帶來超出衛(wèi)星姿態(tài)控制等方面的技術(shù)影響。類似的核裂變和反物質(zhì)技術(shù)均會(huì)被將來的空間任務(wù)所推動(dòng)。該類任務(wù)將要求在有限的質(zhì)量范圍內(nèi)提高電源能量和推進(jìn)功率的量級(jí)。

同樣，電動(dòng)繩系也可通過消耗軌道能量來實(shí)現(xiàn)發(fā)電。該項(xiàng)技術(shù)已通過多次空間試驗(yàn)而得以證實(shí)?？傮w而言，通過軌道能量而轉(zhuǎn)換電能仍會(huì)存在一定的技術(shù)弊端。因此，電動(dòng)繩系空間電源預(yù)計(jì)僅會(huì)在相關(guān)項(xiàng)目上偶有應(yīng)用。同時(shí)，相關(guān)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)將會(huì)不斷促使先進(jìn)空間電源系統(tǒng)的不斷進(jìn)步及日漸推廣。