环境保护意识在几十年中的作用和提高程度表明，依靠在热发电系统中增加使用化石燃料来产生能量的做法，是不能轻易扩大的。当前，甚至工业先进国家在处理热电厂产生的二氧化碳方面也存在问题。尽管核电是一种能源形式，它极大地减少了二氧化碳对大气层的污染，但同时也引来了对放射性的污染的担心。

当然，一些乐观人士寄希望于太阳能和核聚变发生系统。但是，对这些形式的能源所涉及到的技术问题的评估显示，太阳能系统可以作为一种能源的补充形式供家庭使用，但不能作为主要的能源。解决从现在到21世纪中期50年中可能出现的能源危机，作为一种能源形式的核聚变还没有取得像建造试验反应堆的筹划阶段那样大的进展，这类实验导致实际技术的发展尚需许多年的时间。有鉴于此，有必要从太空寻找新的能源，以满足未来的需要。

月球能源公园（LEP）的优点——

在太空中产生能源的设想并不新奇。30年前一位美国科学家P. E. 格拉瑟首次提出了一种称作太空能卫星系统（SPS）的太阳能系统设想，即：将大型太阳能卫星发射到同步轨道，以微波方式把能源传送至地面站。本世纪80年代，第二次能源危机过后，美国宇航局甚至建造了一个参照模型，其设计容量100万千瓦，利有这种模型对拟议中的系统进行价格分析。同这种系统相比，LEP方案更新、更诱人，它代表了日本独特的集所有最新技术于一身并为革命性的新技术的开发和使用提供方向的一项方案。电能是由月球上不需维修的核反应堆产生的，它们将被变成激光束，通过同步轨道上的能量中继站——卫星，稳定地为地球上的消费者提供能源。这项方案甚至可被视为将地球变成人造太阳。为了证实这种系统的优点，我们在下文列出了LEP和SPS系统的性能比较。

1. 第一个区别是LEP是基于月球的方案，而SPS利用太空轨道，这给该系统需要的巨型卫星的建造和运行制造了困难。

2. 其次，尽管只能提供100万千瓦的能源，但SPS系统的重量却有数万吨。鉴于漂浮在轨道上的太空垃圾数量的增多，这是极为不理想的，而太空垃圾最近成为关注和讨论的话题。LEP以月球表面为基础，需要的卫星也将是一些放置在轨道上的小规模的反射器。

3. 在月球上建造核动力工厂存在产生核污染的可能性。但月球早就经受了来自太阳的大量辐射，辐射量比地球强近100倍，在太阳出现耀斑时则达到10000倍。

4. 由于月球表面的辐射水平高，又鉴于工厂完全自动化工作等，对保护反应堆所需的设计将变得相当容易。

5. 最大的反对意见可能是在把铀从地面运往月球过程中会发生危险。但这种担心是毫无根据的，因为月球本身就拥有和地球一样多或多于地球的铀储藏量，甚至于一个简单的定量分析也表明，这些储藏量将可以维持数千年之久。

6. 再者，由于月球上核反应堆所要求的地域和空间特别广阔，不会像地球上将反应堆置于有限的空间。

7. 尽管尚需作进一步的研究，但在月球上工作的反应堆可以很容易地再生钚，从最有效地利用可用铀资源的角度来说，这将是一大优点。

8. 由于能源靠激光束传送至地球，又由于激光束紧凑、致密，不存在光束在大范围的地面上扩散的问题。SPS系统从同步卫星上通过微波传送能源，它覆盖的面积比LEP系统的激光束大100倍。

9. 传播的激光束的波长属于普通红外线的相同带宽，由于这种红外线在普通的太阳光里也有发现，像这样的激光束将对人类和环境造成威胁。但是，用来传播微波的人造磁波可能会影响生态系统，干扰无线电，因此，需要SPS系统将传播量限制在最低水平上。

LEP方案可将这种传播密度增至数十倍。

10. 最后，对LEP反应堆所废弃的铀、钚和其他核废料的处理可通过火箭将它们运往深层空间来实现。

为第二阶段FGM计划设计的能量转换系统

一项特别为LEP方案设计的计划已经在着手实施，以开发这种直接的无需维修的能源产生系统所需的关键技术。这就是FGM计划的第二阶段，即：设法改变功能梯度材料，这种材料曾是日本开发出来用于能量转换的材料。这种系统的设计目的是利用太阳能和核能作能源，当作为一种能源时，超级-HYDECS系统可以用来连续产生热电子和热电子能，这将获得40%以上的能量转换率。除此以外，正在开发当受到放射性高能粒子的照射时能将能源直接变成电能和激光束的材料。

超级-HYDECS系统

超级-HYDECS系统的设计和开发工作的完成，将导致能完全自动工作的独立的反应堆和核反应堆的研制任务的完成，这些反应堆的水平远超过目前反应堆的设计水平，这种2维反应堆线圈将夹在超级-HYDECS系统中间，辐射器尾翼将用来把产生的能源传送至外层空莘。 LEP系统将根据超级-HYDECS系统的使用情况来设计，在这方面将利用超级-HYDES技术设计电接收、激光传播和地面电接收系统。

能源传输系统

按照设计，能源传输系统以激光束的形式从月球通过太空传送至地面，这样，来自月球极地地区的激光束既能传送至同步轨道上以卫星为基地的能源中继站，也能传送至地球上的北极和南极能源站。一旦传送至这些中继站，激光束将被转变成电能，或者重新从卫星中继站传送至地面站，变成有用的电能。

气象因素

全球能源平衡

一种普遍的担心是大量能源来自地球大气层外面可能会加快全球转暖的速度。这种担心完全没有必要，因为 :在太阳系的整个寿命中，太阳一直是来自地球和大气层外面的主要能源，这种能源的数量估计约为10¹⁷瓦特。与此数字相比，目前为全人类消耗的能源总量大约为10¹³瓦特。在21世纪中期，即使在10¹³瓦特基础之上有任何增加也几乎是微不足道的。全球转暖的主要原因是温室效应，它是由将太阳能限制在大气层内，造成二氧化碳量的增多引起的，因此，减少大气层中二氧化碳的浓度可以使地球接近工业革命以前地球和太空之间的热交换和损失之间原有的平衡。

有效的天气控制

红外线范围内的激光束很容易被云、雪和雨吸收这一事实是LEP计划面临的主要问题。我们并不是要找方法避开恶劣的天气情况，而是可以想法对引起这些问题的天气现象进行有效控制，通过将另一束激光束指向按适当距离对着接收站逆风设置的区域，使其起到一种天气控制激光束的作用，在雪到达接收点以前，驱散和蒸发它，以确保接收站上空总是晴朗无云，那么，大雪吸收红外线激光束反而可转化为该系统的一大优势。像这样的技术在21世纪是有可能的。而且还可以进一步发展，用来控制台风。当然，一场巨大的风暴的威力仍是我们无法控制的，但是一旦确认台风的途经之处会造成极大破坏，采取步骤抑制一场正在孕育的风暴的发展也许能够分散台风的力量或者改变它的进程。台风在世界各地造成的危害是巨大的，因此，我们不能忽视LEP系统带给我们的额外收获。

发展计划

如果目标是利用LEP系统在21世纪中期提供相当于我们今天消耗的能源总量，我们接下来需要考虑的是什么时间能完成用LEP系统提高能量这一任务。2010年，计划第一阶段需要的无人能源工厂的材料将被输送到月球上，并将进行证实把激光束从月球输送至地球的可行性实验。在接下来的10年中，人类将被送到月球上建造计划的第二阶段需要的中间发电厂。一旦建造完成，他们将进行有关技术的试验。最后，一旦技术试验完成，将开始建造1-GW容量的第三阶段工厂，预计将在2030年完工，在2050年左右实现全球合作。

运 输

将运输到月球上以使LEP系统成为现实的材料数量远远超过了目前发射和太空运输系统的能力。LEP系统的实际建造，将需要开发、操作和维修新的运输系统，并保证有效利用目前技术和开发必要的新技术，我们有必要认识到可能出现的技术问题，并寻找方法解决这些问题。

核燃料循环

必须建立核燃料循环（NFC）工艺，处理废燃料和提炼从月球上获得的核原料。尽管对NFC设施之于月球表面的外部环境的影响的担心不像对地球上相同设施的担心大，但月球表面极端苛刻的环境必须要求做到以下几点：1. 尽可能避免使用水。2. 尽可能简化设施的设计和设计无人操作的设施。相形之下，普通的NFC设施实际上都利用了供水系统，结构为大型工厂似结构，在面积小的地面上集中大量的高度复杂的工厂和设备，因此，很难只使用设计规模较小的普通系统。

电能传输系统

正如上文所述，自从提出了围绕太阳能发电的使用而设计的NASA太空能卫星系统以来，微波通常被认为是能源传输系统中最有可能的候选者，这个观点大部分是基于大气层吸附和用这些系统传输的能源损耗所引起的问题。

信号损失一般分为太空损失和大气吸附损失。前者与信号波长的平方和传输距离的平方成反比，因此越过相当距离，损耗量根据信号频率的增加而增加。而且，具有相当直径天线的信号增益根据频率的平方增强，当服务的区域范围被固定下来后，地面站上收到的电能量随着频率的增加而减少。换句话说，在决定应该选择什么样的放射性频率带传输电能方面，太空中对信号损失的考虑将有必要仔细研究所有可能的替代频率。

考虑到由于大气吸附引起的损失，受到吸附的频率带根据大气的组成变化，大气水分的吸收率对微波辐射、红外线辐射和可见光来说特别高。对数字的调查显示，因大气水分的损失量在红外线和可见光谱中特别 大，不可能不首先考虑这些局限而将电能在大气层中传输。

考虑到以上情况，对采用电磁波传输能源的电能传输系统的比较表明，应该设计一种电磁波输电系统，传输来自月球表面和同步轨道卫星的电能系统的规格应该像前文所述的那样。

但是，对规格的研究表明，同采用同步轨道卫星的能源传输系统的接收站所需的3.2公里的直径相比，NASA参照系统的微波传输系统的相应直径将是35公里。在这方面，一种激光传输系统将极有希望用于月球表面发电计划。

在建造这种系统时必须解决的问题是设计一系列激光发射机，以能够控制所产生的光束的强度和轨迹。尽管光束控制的可接受的方法利用相位调整产生可能由微波天线阵发射的复合光束，但利用可见光进行类似调整是极为困难的。在传输来自月球的电能的系统中，这种系统所用的为激光所覆盖的区域，其直径将近60米，假定0损失同因衍射造成的损失大致相等，直径将近100米和方向精度为0.1米弧度的接受区将接收光束里包含的整个能源的90%。这种程度的方向精度可以与太空实验室望远镜（0.1米弧度）、间谍卫星传感器（1.0米弧度）和哈勃望远镜（0.05米弧度）相比较。目标精度将设置在0.01米弧度。

[《Techno Japan》1996年1月号]