哪些科學技術一旦獲得突破？

我認為，一旦新能源技術獲得突破，人類文明一定會得以“質”的飛躍。

這是因為在人類文明發展歷史中的三次工業革命（飛躍）都離不開能源技術的突破：

第一次工業革命開始于18世紀中期，其“標志產品”是大名鼎鼎的蒸汽機，人類也正是由此而進入了機器時代。蒸汽機的驅動能源來自于煤炭，而煤炭的潛力也是隨著鋼鐵和橡膠技術的突破而被徹底釋放出來，當之無愧地成為第一次工業革命的“驅動能源”。

第二次工業革命開始于19世紀中期，有賴于新的煉鋼、合金等基礎化學和材料技術的關鍵突破，該次革命的“標志”被認為是電燈和內燃機。雖然電燈所使用的能源是電能，但是電能是二級能源；并且伴隨著內燃機的出現，汽車、輪船、飛機等劃時代的交通工具出現，它們主要依靠化石燃料——石油來驅動，因此，該次工業革命的“驅動能源”應當被鎖定為石油。

世界第一臺通用計算機ENIAC

第三次工業革命開始于20世紀中期，原子能、電子計算機、空間技術、信息技術、新能源技術、新材料技術、生物技術、空間技術和海洋技術等諸多領域都有了很大突破，其中最主要的“標志”被認為是電子計算機的出現。而電子計算機自發明至今也歷經了三次技術突破：即電子管計算機、晶體管計算機和集成電路計算機。這次革命的核心之處是基于電能在高科技領域中的應用，故該次工業革命的核心驅動應當是電能。

進入了21世紀之后，人類的科技水平在諸多創新領域都獲得了突破，如人工智能、新材料技術、分子工程、石墨烯、虛擬現實、量子信息技術、可控核聚變、清潔能源以及生物技術等，這次工業革命的能源標志是可控核聚變，這是因為我國的磁約束核聚變——全超導托卡馬克裝置（EAST）的實驗攻克了穩態高功率加熱（世界領先），將等離子體加熱到1.6億攝氏度（20s）和1.2億攝氏度（101s）。

至此，很多人都認為核能（可控核聚變）技術的提升將是新能源技術的突破口，可是，要實現可控核聚變到成功發電可謂比人類登陸火星還要難上加難。

首先，核聚變的核原料的獲取極為不易，拿地球上最理想的核聚變原料——氘和就氚來說，氘的優點是獲取容易且價格低廉，但是氚就貴得離譜了，一公斤氚燃料要上億美金。而且這一公斤氚燃料用來做實驗還行，用來發電還是遠遠不夠的。

拋開原料和錢的問題，最讓科學家們頭疼的是，氘-氚的聚變反應伴有高能中子輻照，以及高通量氘（D）氚（T）等離子體轟擊聚變堆第一壁“鎢裝甲”的問題。

輻照引起的材料腫脹，左邊為未輻照材料，右邊是輻照過材料的

經過高能中子輻照之后，聚變反應堆的殼體“鎢裝甲”就會慢慢地像空心泡沫一樣腫脹起來，這種尺寸的變化對正常服役的材料是致命的。除了輻照腫脹，材料中產生的大量缺陷也會影響材料的力學性能，使得材料變硬、變脆、更容易斷裂，從而影響聚變堆的安全運行。

更為嚴重的是中子還會和各種金屬材料進行核反應，改變材料的元素組成，例如鎢會變成錸, 鋨, 鉿, 鉭。時間一長，金屬材料的組分會變得和一開始時完全不一樣，這對聚變堆的影響也是非常大的。

那么，最理想的核聚變材料是讓氦-3跟氦-3反應，這種核聚變完全不會產生中子。但是氦-3在地球自然界中的含量極為稀少，主要原因是由于地球大氣層和磁場阻礙了太陽輻射中的氦-3原子到達地球。

因此整個地球上的氦-3元素，基本都是由氚核（超重氫）通過β衰變得到，而氚的豐度本來就稀少，所以地球上的氦-3元素更是少得可憐，提純成本非常高，地球上能被人類利用的氦-3總量只有半噸左右。

月球土壤

但有意思的是，月球土壤中的氦-3就非常豐富，據估計，整個月球能被開采的氦-3元素高達100多萬噸，如果全部用于核聚變反應，可為人類提供上萬年的清潔能源供給。

我們試想一下，從月球上采集這種土壤需要付出多大的財力、物力和人力才能實現？

我們追溯地球上能源的由來，其實人類絕大多數的可用能源都是來自于太陽，包括石油、煤炭、天然氣、甚至是食物（除了核能）。而地球就像是個特大號的“太陽能電池”，正可謂充電四十五億年，卻難以滿足人類幾百年的揮霍。

有意思的是，其實太陽能也是經過核聚變之后輻射出去的能量。

太陽是一個由氣體組成的巨大恒星，其主要成分是氫氣和氦氣，當太陽內部發生核聚變時，會有四個氫原子聚合為一個氦原子，然而，這個氦原子的重量要比聚合前的四個氫原子加起來的重量要輕。

那么，根據能量守恒定律，這部分消失的重量，實際上轉化為了輻射能，即太陽能。

太陽能的使用期限幾乎跟太陽存在的時間一樣長，這就告訴我們，太陽能是一種取之不盡，用之不竭，沒有任何污染的能源。而且太陽能最大的優勢就是永久免費不限量供應。

可是，即使太陽能資源總量相當于現在人類所能利用能源的一萬多倍，但太陽能的能量密度低，而且它因地而異，因時而變，這是開發利用太陽能所面臨的難題。

從理論上來說，人類的終極能源解決方其實有兩個路徑，一是可控核聚變，另一個則是建設太陽能空間電站。

這正是 “空間太陽能發電” 的概念。

簡單來說，就是在距離地球3.6萬公里遠的太空軌道上布置巨大的太陽能電池陣列，把太陽光轉換為電能，再通過微波或者激光的形式，把電能傳輸回地球，通過地表的天線接收、整流，最后輸送到電網中。

在太空中一平方米的太陽能板可產生10到14千瓦的電力，其發電效率將是同等規模的地面太陽能發電站的35倍。

那么，在太空中只需要200萬平方米的太陽能板就可相當于三峽發電站的裝機容量了，其實200萬平方米太陽能板的面積也就是兩平方公里，把它發送到太空的設想還是可行的。因為我國正在設計的最新一代航空運載火箭——長征九號，能將140噸有效載荷送入近地軌道，同時具備50噸級地球同步軌道運力。

實際上，空間太陽能電站的難點在于如何實現遠距離電能的無線傳輸。可以說，無線輸電技術決定了未來空間太陽能電站的發展進程。

早在十九世紀，發明家尼古拉·特斯拉就有了這個崇高的理想：讓地球上的所有人都能免費或低費使用“無線電能”。

在特斯拉的眼中，把電束縛在電線和電容里面，不僅會造成極大的損耗，還需要投入相當多的輔助設備，因此，特斯拉認為無線電能才是“電”的終極使用形式。

這并不是他的一種空想，特斯拉在很早之前就開始了無線電能的遠程照明實驗：他設計出一種無線傳輸電能的發送端和接收端，并實現了遠距離隔空點亮電燈的實驗。之后，特斯拉在紐約長島興建的沃登克里弗塔便是一套兼顧無線電廣播和無線傳輸電能的巨大設備。

特斯拉認為，將地球電離層和大地之間的諧振頻率（7.83HZ）激發出來，引發電離層和大地之間的空腔諧振，在不斷激發它們達到共振的狀態時，只要在發送端輸入少量的電能，輸出端的電能則會放大數億倍，從而實現全球免費（或者極低成本）使用無線電能的目標。

那么，太空太陽能電站所使用的無形輸電的核心技術——無線微波輸電，比特斯拉的諧振原理要高效得多，因為微波具有可以穿云透雨的特性，所以更適合超遠距離定向傳輸。

微波無線輸電的原理是：將太空電站產生的電力通過轉換器變為1~10厘米的微波，定向無線傳輸到地球上的電站后，使用可將微波能量轉換為直流電的“微波整流天線”的裝置后得到電力。

在空間太陽能發電這個領域，我國有著超前和遠大的目標：

我國首個空間太陽能電站實驗基地在重慶璧山正式開工建設

2008年，我國將空間太陽能電站研發工作納入國家先期研究規劃，力爭在2030年開始建設兆瓦級空間太陽能試驗電站，2050年之前具備建設3000億RMB吉瓦級商業空間太陽能電站的能力。

若我國搶在美日和歐洲國家前面，率先建成空間太陽能發電站，將有可能拉動全球一大批工業科技創新成果，其意義不亞于美國的阿波羅登月。