能源是社會(huì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ),。從某種意義上講,人類社會(huì)得以發(fā)展離不開優(yōu)質(zhì)能源的出現(xiàn)和先進(jìn)能源技術(shù)的利用,。能源技術(shù)的每一次突破,都引起社會(huì)生產(chǎn)方式的巨大變革。蒸汽機(jī)的發(fā)明,、電力和原子能的應(yīng)用,推動(dòng)了近代社會(huì)的產(chǎn)業(yè)革命,。當(dāng)前,世界正在經(jīng)歷一次新的技術(shù)革命,其基礎(chǔ)技術(shù)之一就是新能源,它的廣泛應(yīng)用必將對(duì)未來(lái)人類社會(huì)產(chǎn)生深刻的影響,。
能源系統(tǒng)是從資源開采、運(yùn)輸,、儲(chǔ)存,、加工轉(zhuǎn)換、輸送,、分配到最終使用的各個(gè)環(huán)節(jié)組成的系統(tǒng),。今后世界的能源發(fā)展戰(zhàn)略是發(fā)展多元結(jié)構(gòu)的能源系統(tǒng)和高效、清潔的能源技術(shù),。隨著航天技術(shù)的迅速發(fā)展,對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星,、通信衛(wèi)星、導(dǎo)航定位衛(wèi)星,已經(jīng)在能源開發(fā)中得到廣泛應(yīng)用, 取得了明顯的效益,促進(jìn)了能源產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展,。為了保持人類社會(huì)持續(xù)發(fā)展,人們已在不斷探索開發(fā)空間資源,向太陽(yáng)要能,向月球要能,不斷給航天技術(shù)提出新的課題,同時(shí)也給航天技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了新的契機(jī),。
航天勘探化石資源
對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星在能源工業(yè)中的應(yīng)用,已顯示出了前所未有的廣闊前景,已成為煤炭、石油,、水利,、電力,、地礦開發(fā)應(yīng)用的重要手段。據(jù)世界能源會(huì)議估計(jì),全世界的煤炭資源總計(jì)136000億噸,其中經(jīng)勘探實(shí)測(cè)的儲(chǔ)量是19639億噸,經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量為9000億噸,。80年代以來(lái),對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星的遙感資料開始應(yīng)用于煤田地質(zhì)勘探,煤炭?jī)?chǔ)量的全面普查,、開采的地質(zhì)條件研究以及煤質(zhì)的調(diào)研與預(yù)測(cè)。通過(guò)衛(wèi)星遙感進(jìn)行儲(chǔ)量分類,不僅能反映出儲(chǔ)量的確實(shí)性,而且還能從經(jīng)濟(jì)因素,、工程因素以及地質(zhì)因素進(jìn)行綜合研究,開發(fā)合適的軟件與數(shù)據(jù)庫(kù),。
如何認(rèn)識(shí)現(xiàn)狀,規(guī)劃未來(lái),已成為煤炭發(fā)展中的重要問(wèn)題。我國(guó)利用國(guó)土普查衛(wèi)星開展了航天遙感,、航空遙感和地面觀測(cè)三層空間的同步遙感試驗(yàn),使之形成多方面,、多時(shí)相、多波段,、多種遙感手段的組合試驗(yàn),取得了重大成果,并已將它應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐,。在大興安嶺西坡7萬(wàn)平方公里的范圍內(nèi),圈定了18個(gè)含煤盆地,其中新發(fā)現(xiàn)的4個(gè),新增煤預(yù)測(cè)儲(chǔ)量540億噸。在內(nèi)蒙古穆珠沁草原上,發(fā)現(xiàn)烏尼特特煤田,經(jīng)鉆探驗(yàn)證,煤層厚40米,煤儲(chǔ)量達(dá)34億噸,進(jìn)行大比例尺煤田地質(zhì)填圖作業(yè),工效比規(guī)定定額提高1～7倍,。這種方法通常提高工效3倍,成本降低40%～60%, 大幅度地提高了地質(zhì)認(rèn)識(shí)程度,已經(jīng)在24個(gè)盛市,、自治區(qū)推廣,并取得了大面積豐收。經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐,航天技術(shù)為煤炭工業(yè)服務(wù)的結(jié)合點(diǎn)是煤田地質(zhì)現(xiàn)代化,。煤田地質(zhì)勘探,實(shí)質(zhì)上是要獲取煤田地質(zhì)信息,。應(yīng)用航天遙感找出面、物探定線,、鉆探驗(yàn)點(diǎn)的優(yōu)化組合方式,促進(jìn)煤田地質(zhì)現(xiàn)代化,重新認(rèn)識(shí)含煤構(gòu)造,使其全面應(yīng)用于煤田地質(zhì)勘探,。
石油是當(dāng)今世界最主要的能源支柱之一。我國(guó)擁有246個(gè)沉積盆地,沉積巖總面積達(dá)到545 萬(wàn)平方公里,其中,陸地424萬(wàn)平方公里,海上121萬(wàn)平方公里,。估計(jì)沉積巖總體積為2203萬(wàn)立方公里,生油巖的體積約504萬(wàn)立方公里,油氣遠(yuǎn)景資源相當(dāng)豐富,。目前我國(guó)已勘探過(guò)的地區(qū)只占很小的比例,其潛力非常之大。如何利用航天遙感技術(shù)為油氣勘探服務(wù),對(duì)探明儲(chǔ)量促進(jìn)石油產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng),具有極其重要的戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)意義,。實(shí)踐證明,將衛(wèi)星遙感技術(shù)與傳統(tǒng)的地質(zhì)地貌,、地球物理、地球化學(xué)等分析方法有機(jī)結(jié)合起來(lái)綜合運(yùn)用,并能更加有效地發(fā)揮衛(wèi)星遙感在油氣勘探中的作用,才能取得理想的勘查效果,。中國(guó)石油地質(zhì)專家根據(jù)衛(wèi)星圖像上的色調(diào)特征,、紋理特征、水系特征等解釋標(biāo)志,解釋出與油氣資源有關(guān)的局部構(gòu)造和隱伏構(gòu)造,。通過(guò)野外地質(zhì)驗(yàn)證,確定這些局部構(gòu)造的含油氣遠(yuǎn)景,為進(jìn)一步勘探提供靶區(qū),。在塔里木盆地、柴達(dá)木盆地,、準(zhǔn)噶爾盆地,、吐魯番—哈密盆地、河南省的東浦凹陷,、南陽(yáng)凹陷,、南方的思茅—蘭坪盆地以及湖南省西北部等地,用衛(wèi)星遙感技術(shù)找到了很多勘探靶區(qū),有的已見到工業(yè)油氣流,有的正準(zhǔn)備進(jìn)行地震勘探,。近年來(lái),已發(fā)展到利用航天遙感建立起數(shù)字化資料數(shù)據(jù)庫(kù),并同時(shí)利用地理信息系統(tǒng)技術(shù),綜合分析得出含油氣的有利地區(qū),因而達(dá)到了利用衛(wèi)星遙感技術(shù)直接找油的目的。
此外,對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星技術(shù)在石油,、天然氣管道工程,、油田環(huán)境監(jiān)測(cè)和地形圖修測(cè)中也有著廣泛的應(yīng)用前景,定能產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星在水利,、水力發(fā)電,、火力發(fā)電上均得到廣泛應(yīng)用。衛(wèi)星遙感技術(shù)在水利,、水電調(diào)查,、規(guī)劃和工程勘測(cè)中,對(duì)于改進(jìn)灌溉、防洪等方面均收到較大的效果,。水電工程建設(shè)中,重要的前期工作是:對(duì)水淹沒(méi)的損失調(diào)查及庫(kù)區(qū)移民,、土地資源調(diào)查、工程地質(zhì)構(gòu)造分析,、熱電廠冷卻池溫度場(chǎng)分析等,這些均可通過(guò)衛(wèi)星遙感圖像資料獲得,。中國(guó)在三峽工程的論證中,亦利用衛(wèi)星遙感圖像資料發(fā)揮了重要作用。
能源信息的衛(wèi)星傳輸
隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度加快,能源緊缺愈加深重,加強(qiáng)能源資源管理已成為緊迫的任務(wù),。當(dāng)今,衛(wèi)星通信的發(fā)展,已成為衡量一個(gè)國(guó)家能源現(xiàn)代化管理水平的重要標(biāo)志之一,。
電力工業(yè)生產(chǎn)具有不同于其它行業(yè)生產(chǎn)的特殊性,電力生產(chǎn)的特點(diǎn)是發(fā)電、送電,、變電,、配電、用電在同一時(shí)刻完成,。為了保證電網(wǎng)能夠安全而又經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行,電力調(diào)度人員要通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)指揮,、調(diào)度。而電力系統(tǒng)通信是為電力生產(chǎn)服務(wù)的,是電力生產(chǎn)的重要組成部分,也是電網(wǎng)自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化的基礎(chǔ),。我國(guó)電力系統(tǒng)的一些大型水電站往往處于水電資源豐富的深山峽谷,這些地區(qū)大都經(jīng)濟(jì)落后,交通不便,通信不發(fā)達(dá)。為了解決這些邊遠(yuǎn)地區(qū)的通信問(wèn)題, 建立一個(gè)高度可靠和靈活的衛(wèi)星專用通信網(wǎng),是確保電網(wǎng)安全,、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行必不可少的技術(shù)手段,。為此,中國(guó)電力衛(wèi)星通信網(wǎng)發(fā)展較快,已有20多個(gè)地球站在網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行。其分布范圍東到吉林省的云峰水電站,西到拉薩,、烏魯木齊,南到?？?北到內(nèi)蒙古自治區(qū)的伊敏,形成了以北京為中心的星狀網(wǎng),根據(jù)需要還可以構(gòu)成網(wǎng)狀通信網(wǎng),為邊遠(yuǎn)地區(qū)提供通信服務(wù)。實(shí)踐證明,衛(wèi)星在電力通信中的電話,、傳真,、數(shù)據(jù)、圖像傳輸?shù)男Ч钊藵M意,并且還具有投資孝見效快,、運(yùn)行與維護(hù)以及管理都十分簡(jiǎn)便的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),。在應(yīng)用衛(wèi)星通信以前,有的大型水電工地在建設(shè)初期僅靠無(wú)線電報(bào)進(jìn)行有限的通信,速度慢,、效率低。應(yīng)用衛(wèi)星通信以后,每天可以傳遞大量的生產(chǎn)信息和各種報(bào)表,使工作效率和生產(chǎn)速度大大提高,同時(shí)也獲得了直接和間接的經(jīng)濟(jì)效益,。
在石油工業(yè)向現(xiàn)代化發(fā)展的進(jìn)程中,解決石油天然氣總公司與各油田以及各油田之間的信息傳輸問(wèn)題,顯得越來(lái)越重要,。中國(guó)石油衛(wèi)星專用通信網(wǎng),現(xiàn)已初步建成了以固安地球站為中心的星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了總公司與相距遙遠(yuǎn)的16個(gè)油田的迅速、穩(wěn)定,、可靠的通信,極大地改善了通信難的狀況,。并為及時(shí)了解石油勘探開發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況,實(shí)時(shí)指揮生產(chǎn)調(diào)度提供了可靠保證。與此同時(shí),也為加強(qiáng)和促進(jìn)石油企事業(yè)單位之間的信息交流提供了方便條件,。隨著石油工業(yè)的發(fā)展,石油科研水平的不斷提高,以及石油系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的建立和應(yīng)用,逐步實(shí)現(xiàn)資源和信息共享, 將使各油田至總公司之間的數(shù)據(jù)傳輸量不斷增加,。尤其是由于勘探、開發(fā),、鉆井及其它應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)的普遍建立,數(shù)據(jù)庫(kù)遠(yuǎn)程查詢,大批量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程調(diào)度和傳輸,遠(yuǎn)程文件交換,、電子郵件等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用會(huì)急劇增多,對(duì)衛(wèi)星通信提出了新的要求。小型地球站將迅速得到應(yīng)用與發(fā)展,石油專用衛(wèi)星通信網(wǎng)將由單一的星形網(wǎng)發(fā)展成星形與網(wǎng)狀相結(jié)合的結(jié)構(gòu),這樣既保證了各石油企事業(yè)單位與總公司之間的信息傳輸直達(dá)通路,又能為網(wǎng)內(nèi)各石油企事業(yè)單位之間提供橫向聯(lián)系線路,以滿足他們之間的各種信息的需要,。
我國(guó)煤炭資源分布偏西,而經(jīng)濟(jì)發(fā)展重心卻偏東,這就給運(yùn)輸帶來(lái)了嚴(yán)重困難,。常規(guī)通信手段已很難滿足要求,必須迅速建立煤炭工業(yè)衛(wèi)星通信專用網(wǎng),便可緩解這一矛盾。煤炭衛(wèi)星專用通信網(wǎng),將覆蓋全國(guó)各省市,是一個(gè)以大,、中,、小型及微型地球站相結(jié)合的復(fù)合型衛(wèi)星通信專用網(wǎng), 解決煤炭工業(yè)管理、指揮調(diào)度,。利用這套系統(tǒng)還能以數(shù)據(jù)同播方式,從北京向各煤炭企,、事業(yè)單位廣播一些煤炭生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)情況,發(fā)布消息,傳播經(jīng)濟(jì)信息資料等。衛(wèi)星通信將促進(jìn)煤炭工業(yè)經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng),。
向空間索取新能源
目前,人類所消耗的能源,絕大部分來(lái)自于一次性化石燃料,即石油,、煤炭和天然氣。從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)看,這類能源終有一天會(huì)被消耗殆荊隨著人口激增,、工業(yè)無(wú)節(jié)制地發(fā)展,人類對(duì)能源的需求將不斷增長(zhǎng),。預(yù)計(jì)到下世紀(jì)中期,世界能源消耗量將比現(xiàn)在增加兩倍。如無(wú)特殊重大發(fā)現(xiàn),估計(jì)地球上可供開采的煤和石油,只能維持200～300年,。還有人估計(jì),地球上石油蘊(yùn)藏量為2兆桶,從1900 年左右開始使用,如果加以控制,預(yù)計(jì)到2050年石油將消耗殆荊而且,一次性化石燃料使用量增加, 會(huì)造成越來(lái)越嚴(yán)重的環(huán)境污染和溫室效應(yīng),。目前人類正在急于尋找新的再生潔凈能源并加以開發(fā)和應(yīng)用。
在地球上面臨能源危機(jī)和航天技術(shù)已經(jīng)獲得高度發(fā)展的今天,向空間索取新的能源不但是必要的,而且也是可能的,。向空間索取能源至少存在兩種途徑,。一是在空間采集太陽(yáng)能并以波束的形式傳輸?shù)降孛?二是從地外天體采集核聚變?nèi)剂稀?
太陽(yáng)輻射(太陽(yáng)能)是對(duì)人類至關(guān)重要的一種能源。太陽(yáng)輻射總功率為3.82×1023千瓦,。在宇宙空間,利用太陽(yáng)能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是能充分發(fā)揮靜止軌道資源的作用,靜止軌道每年有 99%以上的時(shí)間都能接收到太陽(yáng)光的照射,比地面日照時(shí)間要大1倍多,同樣面積的太陽(yáng)能利用率約為地面的5倍,。同時(shí)在空間微重力環(huán)境下,具有構(gòu)筑大型太陽(yáng)電池陣或太陽(yáng)能收集器的良好條件。對(duì)于直接從空間采集太陽(yáng)能,可以采取兩種方案,。一種方案是建造太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星,即在地球軌道上部署大型太陽(yáng)能采集器,然后把采集到的太陽(yáng)能以微波的形式定向傳送到地面,地面接收站通過(guò)整流天線再把微波能轉(zhuǎn)換成可以利用的電能,。另一種方案是在月球表面上安裝太陽(yáng)能采集器, 把所采集到的能量送往地面,。
對(duì)于從地外天體獲取核聚變?nèi)剂?主要是采用月球上的氦3作為反應(yīng)堆的燃料。在月球上,通過(guò)采用熱離子和溫差發(fā)電機(jī)等高效復(fù)合能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng),便可直接將核能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。設(shè)想中的月球核能源基地,將包括核燃料供應(yīng)廠,、核發(fā)電設(shè)施和輸電設(shè)施。月球上的電力,通過(guò)高傳輸效率的短波長(zhǎng)激光束,也就是紫外線區(qū)的激光,輸送到靜止軌道上的能量中繼衛(wèi)星,。在中繼衛(wèi)星上, 電能被轉(zhuǎn)換成在空氣中具有高傳輸效率波長(zhǎng)的激光,然后再傳送到位于地球上的接收站,由接收站再將能量分配到各個(gè)地區(qū)供用戶使用,。此外,也可將氦-3從月球上開采出來(lái)運(yùn)至地球。
據(jù)預(yù)測(cè),從月球的礦石中提取的氦-3,足以滿足整個(gè)地球400年能源的需要,用氦-3為原料,核反應(yīng)堆成本降低一半,而且無(wú)污染,。為了建立月球核能源基地,有許多工程技術(shù)問(wèn)題,有待人們盡快研究解決,。例如超高效能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、空間用核反應(yīng)堆,、空間機(jī)器人,、大功率輸出的高效激光生成設(shè)備、接收設(shè)備,、激光傳輸?shù)陌踩夹g(shù)等,。
世界各國(guó)科學(xué)家們?cè)诎l(fā)展空間能源系統(tǒng)方面,已經(jīng)做了大量有意義的工作。在此基礎(chǔ)上,已經(jīng)意識(shí)到世界各國(guó)在航天領(lǐng)域加強(qiáng)國(guó)際合作勢(shì)在必行,。一方面需要繼續(xù)進(jìn)行有關(guān)技術(shù)和系統(tǒng)的可行性研究,另一方面要促進(jìn)社會(huì)各界對(duì)從空間獲取能源的必要性和可行性的了解和支持,因?yàn)檫@是一件造福人類,、造福子孫后代的偉大事業(yè)。一旦取得突破,人類就不再會(huì)受到地球能源短缺的困擾,人類就可以源源不斷地從空間獲取潔凈的能源,。
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作者：
楊照德
編輯：
劉嵩
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