月環計畫是指在圍繞月球6800英里（約合1.1萬公里）長的赤道建一條太陽能發電帶，然後將電能轉化為微波束和雷射束髮送回地球，最終再由地面發電站將微波束和雷射束重新轉換為電能。清水公司將這一計畫稱為“月環”(Luna Ring)，認為通過這種方式發的電可以滿足全世界的用電需要。
基本介紹
提出計畫,產生背景,計畫構想,計畫優勢,發電問題,月球發電優勢明顯,如何在月球上發電,月球發電規模驚人,
提出計畫
日本建築公司清水公司已提出了一個雄心勃勃的利用太陽能的計畫，而這一計畫對太陽能的利用規模幾乎超過以前提出的任何計畫。
產生背景
地球上的化石燃料儲備正迅速走向枯竭，很明顯，未來城市需要依靠更清潔的可再生能源。根據“月環”計畫，永久性陽光收集器將部署到月球赤道周圍，形象地說，就好像為月球戴上一條腰帶。
月環的絕大多數太陽能電池將始終朝向太陽進而獲取大量太陽能，隨後通過微波能傳輸天線將能量傳回地球。月環建造工作主要靠地球上的操作人員遠程操控機器人完成，與此同時，一批太空人也要在現場充當“監工”，監督機器人的工作。
在2011年3月發生的大地震和海嘯引發福島核電站危機之後，日本尋找可替代能源的需求變得更為緊迫。落成之後，“月環”計畫將成為歷史上建造的規模最大的公共基礎設施，但何時上馬，清水公司並未透露。公司網站稱：“從利用有限資源到無限清潔能源的轉變是人類的終極夢想。我們的月球太陽能傳輸計畫‘月環’能夠藉助先進的空間技術將這一夢想變成現實。太陽能是取之不盡的無污染能源，這種終極綠色能源能夠給大自然和我們的生活帶來繁榮。為了人類和地球能夠永遠共存，清水提出了‘月環’計畫。”
計畫構想
該計畫涉及圍繞月球6800英里（約合1.1萬公里）長的赤道建一條太陽能發電帶，然後將電能轉化為微波束和雷射束髮送回地球，最終再由地面發電站將微波束和雷射束重新轉換為電能。清水公司將這一計畫稱為“月環”(Luna Ring)，認為通過這種方式發的電可以滿足全世界的用電需要。
按照清水公司的構想，機器人將在建設“月環”太陽能發電帶的過程中發揮舉足輕重的作用。通過地球上每天24小時的遙控操作，機器人將實施各種各樣的工作，比如平整場地，組裝機器和設備。在機器和設備被運抵月球以前，機器人將在太空中完成對它們的組裝。一個由太空人組成的小組將在現場為機器人提供幫助。
由於太陽能電池板和“月環”工程所需要的其他物資數量龐大，清水公司提議應最大程度上利用月球上的資源。該公司計畫通過從地球運輸氫來生成水，以減少對月球土壤的利用。月球資源還可以被用於製造膠凝材料和水泥，而建設項目所需的磚、玻璃纖維和其他建築材料則可通過太陽能熱處理來生產。
按照清水公司的規劃，“月環”太陽能發電帶最初寬度只有數公里，但會逐漸擴展至400公里。太陽能電池板生成的電力將由電纜輸送至月球近側的傳輸設施。月球近側始終面對著地球。在電被轉化為微波束和雷射束以後，數條直徑達20公里的天線將它們傳回地球的接收站。無線電導航台會確保微波束和雷射束被準確輸送至地面接收站。
計畫優勢
“月環”項目不會因惡劣天氣“罷工”，能夠滿足全世界的能源需求。
接著，這些能量被重新轉化為電能，輸送至輸電網，或是轉換為氫用作燃料或儲存起來。清水公司指出，月環項目最大的優勢之一是，月球事實上沒有大氣，那么就不會出現壞天氣或雲團，進而可以令太陽能電池板的效率最大化。如此一來，太陽能發電帶就能一周7天、一天24小時不間斷生成清潔能源，從而結束人類對地球上有限的自然資源的依賴。
發電問題
月球發電優勢明顯
我們都知道，太陽能是一種取之不盡的、安全無污染的清潔能源。因此，近幾十年來科學家想出各種辦法來利用太陽能。最近提出“月環”太陽能計畫的是日本清水建築株式會社的一家研究機構，他們打算在月球赤道地區部署大量太陽能電池板，將收集到的太陽能傳回地球接收站，以供地球所需。
既然地球上也能進行太陽能發電，為何要不遠幾十萬公里到月球上去發電呢？這是因為月球發電的優勢明顯。首先，月球的大氣層十分稀薄，與地球相比簡直稀薄到可以忽略不計的程度，因此月球上不會有雲層和霧氣出現，當然也不會有陰天出現，可以保障太陽能電站長年累月地發電。假如你身處月球，在白天看到的太陽要比地球明亮得多，光芒萬丈的太陽似乎噴吐著灼人的火焰，因此在月球上進行太陽能發電的效率也遠比地球要高得多。
由於月球基本上沒有大氣，也就不會有風沙天氣出現，而風沙是在地球上需要解決的重要問題。在地球的赤道地區進行太陽能發電，大多會選在荒無人煙的沙漠地區。然而，沙漠地區風沙大是出了名的，風沙不但會侵蝕太陽能電池板，而且會覆蓋在太陽能電池板上，影響太陽能的吸收，因此需要人工經常性地清理沙塵。而在月球上，基本上不需要花費人工清理沙塵。
另外，由於月球是個無人區，不存在拆遷房屋或占用耕地的問題。月球上也沒有江河湖泊對陸地的隔離，鋪設起來將比在地球赤道容易得多。不過，月球赤道上有許多環形山，鋪設太陽能電池板需要繞過環形山的大坑。因為坑裡不但鋪設難度大，而且會出現太陽照射不到的陰影區域。
如何在月球上發電
要在月球赤道上鋪設“太陽能腰帶”發電，所面臨的最主要的問題是成本巨大，可能需要多個國家合作才能完成。根據研究人員的構想，需要先發射一些太空機器人到月球上平整場地。既然月球大氣稀薄到不可能產生風，月球表面理應比較平整，事實上並非如此。月球上也覆蓋著厚厚的粉塵和碎石，它們主要是小行星撞擊月球產生的。還有一個重要的原因是太陽的力量，月球上大氣稀薄導致白天月表溫度高達100多攝氏度，夜晚則低至零下100多攝氏度，晝夜溫差高達300攝氏度，導致月球岩石因溫差而碎裂。
在月球上發電還要從技術上解決過熱和過冷的問題。地球自轉一圈需要一天，而月球自轉一圈需要28天，也就是說無論是月球的哪一面，白天和黑夜都是14天，長時間的高溫和長時間的低溫對太陽能電池板的材料要求很高，需要電池板有抗高溫和低溫的本領。而且，由於太陽能電池板的吸光本領要比岩石強得多，14天不間斷地強光照射可能會導致太陽能電池溫度攀升到被損壞甚至熔化的程度，這就需要較強的冷卻設施。好在月球岩石的導熱性差，可以通過冷卻液流過月表以下的低溫岩石來冷卻電池板，還可以由此進行溫差發電，把劣勢轉化為優勢。
月球發電還需解決的是能量傳輸問題，月球遠離地球38萬公里，靠電線輸電是不現實的，只能採用無線輸電的方式，常見的是微波輸電或雷射輸電。首先要在月球建立天線直徑達幾十公里的能量發射站，接著在地球上建立若干個大功率的能量接收站。由於月球的自轉和公轉速度幾乎一樣，導致月球始終以一面對著地球。在月球的背面進行太陽能發電，不能把電能直接發射到地球，需要用電線把電能從月球背面傳輸到正面。這也是一個浩大的工程。
為了對太陽能電池板、輸電線路和輸電站進行維修，研究人員還構想在月球表面建設一條長達1萬公里的環球鐵路。在如此巨大的工程建設中，如果所有的物資都從地球運送上去，在百年之內可能都算是一項不可能完成的任務。因此，研究人員構想利用月球上的土壤中獲取該計畫所需的水、單晶矽、鐵、混凝土、氧和陶瓷。
月球發電規模驚人
如同地球赤道一樣，月球赤道所在的區域是月球上是最熱的地區，也是太陽光最強的地區。按照研究人員的構想，可圍繞月球赤道鋪設一圈太陽能電池板，就如同為月球佩戴上一個太陽能腰帶。所有太陽能板加起來的寬度將達400公里，長度和月球赤道一樣，將達1萬多公里。這么龐大的太陽能發電廠產生的電能也是十分驚人的，每年可發電13萬億度，可占到全球用電總量的30%以上。
現在有關“月環”工程的具體時間表還沒有宣布，但是一旦開始實施，它將是人類有史以來建造的規模最大的公共工程。雖然不少人質疑日本研究人員這項雄心勃勃的太陽能開發計畫的可行性，但是清水建築株式會社對這個計畫充滿信心，他們在公司的網站上寫道：“憑藉創新性的設計，加上先進的太空技術，我們將讓人類向著這一夢想邁出一大步。”對於人類來說，即使這個工程具有可行性而且開工實施，它也將是耗時漫長、耗資巨大的工程。不過，真的這個工程一旦成功，人類將受益無窮。
