用空间反射镜照亮地球

人类进步史是一部对能源使用方式不断进步的历史，当人类只能依靠自己的肌肉力量时，社会停留在原始阶段；当人类能借力生畜时，社会进步到了奴隶社会和封建社会；当人类学会使用化学能源时，社会进化到了工业化社会；当人类会使用原子能时，已经进入信息社会。人类社会的进步，意味着对能源更进一步的摄取，而能源紧缺也势必成为制约人类进步的重要因素。

用空间反射镜营造一个不夜城

现代化城市，照明有越来越亮的趋势。记得二十多年前坐飞机，从飞机上看中国的城市，几乎看不见，而现在从飞机上可以清楚地看到中国中型城市灯火，大型城市更是灯火通明，亮度已经大大增强了。每个城市照明的能源消耗是非常大的，例如北京市五环内的路灯(不含高速路和楼市的装饰性灯光)为17.6万盏,年用电量约为1.1亿千瓦时。

利用空间反射镜将太阳光照到地球上，以前就有人论述过，而最早付诸行动的是俄罗斯人。1993年2月4日，俄罗斯利用进步号货运飞船进行试验，在空间展开了一个直径十几米的圆形平面反射镜。在试验中，由于进步号飞船飞行在地球上方400千米的轨道，在地球上同一地点可见的时间只有十二、三分钟。反射镜没有对地球上某一地区定点照射，使亮光不能长时间集中于某一地点，而且，试验时俄罗斯境内气象条件不好，云层很厚，只有黑海沿岸的个别地方居民看到空间有一个光点划过，当地面被照到时，其亮光比月亮明亮几倍。

作为城市照明，例如路灯和其他建筑照明的替代品，亮度应该至少与路灯垂直下方相差不大，在照明的条件下应能阅读报纸，即达到200勒，才能被人们接受。在北京这样纬度的城市，夏至的黑夜约长9个小时，冬至的黑夜约长15个小时，其他时间黑夜介于这两者之间。但提供照明的时间并不需要彻夜照亮，可以考虑在午夜11点后不再照亮，这样每天需要照明的时间在3小时至6小时之间。

如果要覆盖一个面积在100 平方千米的城市，必须设计一个面积在1万平方米以上的平面反射镜。这样可使每平方米约照到0.1瓦（考虑阳光的80%被反射到地面）的阳光，在此没有考虑太阳光能量是一个由含可见光和其他多种光辐射的复杂能源。根据在暗室里一缕阳光透过一个铜钱大的洞照入屋内就可使满屋变亮这样一个现实，说明阳光亮度扩散后其照明度也相当可观。

如何设计空间反射镜的轨道

空间太阳反射镜的轨道设计需要考虑多种因素，反射面离地球太近，地球的阴影会遮住反射镜，这也就排除了采用亚轨道飞行的飞艇的可能；地球低轨道因为角速度太快、连续照明时间太短和地球阴影问题，也不太适用；设在地球同步轨道，又存在离地球太远，且地球同步轨道目前已经星满为患，再增加此类卫星，增加了碰撞的可能性，也不理想。

专家们为空间反射镜设想了每天（太阳日）绕地球8圈的太阳同步大椭圆轨道。轨道周期为179.50850575 分，倾角116度，近地点高524 千米，远地点高7801.6 千米。若为北半球的城市服务，近地点设在南半球，远地点设在北半球。

采用此种轨道，可使每一个反射镜对北半球某一特定地区（城市）的照射时间尽可能长，约为1小时，由于倾角大基本不受地球阴影影响。采用三个这样的反射镜轮流反射，就可以对某一个城市进行连续的彻夜照明。

由于地球的自转，可考虑为地球北半球上经度间隔120度的三个城市提供夏季的彻夜照明，例如北京、伦敦、旧金山这样三个城市可以共享三个反射镜提供的照明，在冬天提供前半夜照明。照明方式为第1个8小时对北京照明，第2个8小时对伦敦照明，第3个8小时对旧金山照明。如果每天只提供每个城市4小时照明，可为经度间隔60度的6个城市提供照明。还可以有几种照明的组合方式。

建造空间发射镜的工程难题

由于发射时对载荷质量的限制，用玻璃或其它较重的材料制造成空间反射镜是不现实的，目前考虑使用镀铝薄膜。寻找材料不超过每平方米10克的薄膜，有足够的抗拉力，且镀铝的反射率考虑在80%以上，应该不是太困难的事情，这样一万平方米的薄膜约100千克。

支持这样大反射面的结构为一个充气环形管（类似自行车内胎），为防反射面变形过大，在环形充气管之间用十字或米字（适当的增加经线和纬线），由中心向圆环辐射的充气管连接。在地面被折叠压缩，发射到空间后利用充气再展开，其直径为112米的圆盘，从工程上说是可接受的。

因为空间反射镜需要对一个城市定向，故在空间飞行中需要不断调整反射镜的指向，以使它与太阳和城市间形成一个最佳反射角，将阳光反射到城市。反射镜上设红外地平仪、太阳敏感器、磁力矩器等敏感器件和控制器件。工程上还需要考虑的问题有很多，例如太阳电池、充电电池和压缩气瓶等的需要量。

空间反射镜的应用前景

随着地球上不可再生能源的减少，人类进入空间能力的提高，清洁而又用之不竭的太阳能将成为人类长期追求的目标，空间反射镜的应用前景无疑会超出想象，比如：

建造巨大的空间反射镜，将太阳光反射到大面积的农业区，提高冬天的地温和延长日照时间，制造区域性大面积的暖棚，增加蔬菜和其他农作物的产量。

在地球赤道上空建立一条近千米宽的薄膜带，采用不同角度反射，将对赤道直射的阳光反射到地球其他需要的地区，用于光照和加热。

北半球夏天时用巨大的半透明薄膜遮住北半球某一地域的日照，把光线反射到南半球某城市，这样可解决对空调与暖气大量需求的问题。对于北半球的冬天存在相反的问题。

把巨大的薄膜（气球）送到拉格朗日点，据说达到地球面积的3%就可以有效地挡住阳光，改变目前的全球变暖问题。

在月球上使用定型的薄膜建造基地。

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宇宙一号太阳帆

光由没有静止质量但有动量的光子构成，当光子撞击在光滑平面上时，会改变运动方向，并给被撞击的物体以相应的作用力。

2005年6月21日，在全球瞩目下，俄罗斯在巴伦支海用火箭从潜艇上发射一艘名为宇宙一号的太阳帆，虽然发射后仅83秒，由于火箭故障，太阳帆未能进入轨道，但这是人类千百年来第一次利用太阳能进行宇宙飞行的尝试。

耗资400万美元的宇宙一号太阳帆由美国行星学会、俄罗斯科学院与莫斯科拉沃奇金太空工业设计所花费数年时间联合研制。宇宙一号上的风帆由8片超薄的三角形太阳帆组成，利用接收到的太阳能支持其飞行。这8片太阳帆每片均长14米，呈风车状组合。这些风帆因为是由感光效果非常好的、轻而薄的聚酯膜制成，因此，在接收到阳光时，一点点微小的力就能将其推动前进。

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