衛星が初めて太陽光発電を地球に送信

May 05, 2023

研究者たちは、宇宙で太陽エネルギーを収集し、それを地球に送るという長年の夢の実現に向けて、小さいながらも必要な一歩を踏み出しました。 1月に打ち上げられた人工衛星は、マイクロ波ビームのパワーを宇宙のターゲットに向け、さらにそのパワーの一部を地球上の検出器に送ったと、実験を行ったカリフォルニア工科大学（カリフォルニア工科大学）が6月1日に発表した。 欧州宇宙機関（ESA）の宇宙科学者サンジェイ・ビジェンドラン氏は、「これまで誰もこれをやったことがない」と語る。 「彼らはこの能力を実証することで、この話題に信頼性をもたらしています。」

宇宙太陽光発電にとって、信頼性は長年の課題でした。 一般的な石炭火力発電所や原子力発電所と同じ量の電力を生成するには、衛星に直径数キロメートルの収集エリアが必要で、数百回の打ち上げと軌道上での組み立てが必要になります。 NASA は 1970 年代のエネルギー危機の際に実証ミッションを計画しました。 しかし、スペースシャトルで運ばれ、宇宙飛行士が組み立てた当時の技術では、このミッションには1兆ドルの費用がかかったでしょう。 その後、それを真剣に受け止めた人はほとんどいませんでした。

それ以来、空間は変わりました。 太陽電池とマイクロ波ビームは安価で効率的です。 構造物を組み立てることができるロボットが間もなく軌道に乗り、スペースXなどの企業は打ち上げコストを削減した。 ESAと英国政府が委託した最近の研究は、巨大な軌道発電機が間もなく地上の原子力発電所と同等のコストで発電できるようになるだろうと示唆している。

いくつかの分散した研究プログラムがこの分野を前進させてきました。 1980 年代から、京都大学の研究者らは、準軌道ロケットを使用して宇宙の端で短距離にわたるパワービームを実証しました。 2020年、米国海軍研究所のチームは、片面に太陽電池、電子機器の充填物、もう片面にマイクロ波送信機を備えたピザ箱サイズの「サンドイッチパネル」を軌道に送り、太陽光からマイクロ波への変換を実証した。 。

ドナルド ブレン財団とノースロップ グラマン コーポレーションの資金提供を受けたカリフォルニア工科大学のミッションは、軽量、安価、柔軟なコンポーネントでさらに一歩前進することを目的としていました。 マイクロ波送信機は、夕食の皿よりわずかに大きい表面に詰め込まれた 32 個の平面アンテナのアレイでした。 研究者らは、さまざまなアンテナに送信される信号のタイミングを変えることで、アレイのビームを制御することができた。 彼らは、前腕ほどの距離にある一対のマイクロ波受信機にそれを向け、一方の受信機から他方の受信機にビームを自由に切り替えて、それぞれの受信機の LED を点灯させた。

送信電力はわずか 200 ミリワットと小さく、携帯電話のカメラのライトよりも小さかった。 しかし、チームは依然としてビームを地球に向けて操縦し、カリフォルニア工科大学の受信機でそれを検出することができた。 「これは概念実証でした」とカリフォルニア工科大学の電気技師、アリ・ハジミリは言う。 「システム全体で何ができるかを示しています。」

カリフォルニア工科大学の宇宙船では、まだあと 2 つの実験が計画されています。 現在、32 種類の太陽電池をテストして、どれが宇宙の過酷な環境に最もよく耐えられるかを確認しています。 2 つ目は折り畳まれた超軽量複合材料で、広げると直径 2 メートルの帆のような構造になります。 帆には太陽電池は搭載されませんが、将来の発電所に必要な薄くて柔軟で大規模な展開をテストすることを目的としています。

宇宙太陽光発電への関心が高まっているようだ。 ESAは今年、軌道上発電所の潜在的なアーキテクチャに関する2件の研究を委託した。 ビジェンドラン氏は、エネルギー供給会社もこの取り組みに参加していると述べた。 京都チームは先月、日本の宇宙機関JAXAと協力して軌道上でパワービームをテストすると発表した。

京都の電気技師、篠原直樹氏は、カリフォルニア工科大学の成功を聞いてうれしく思っているが、同時に「私たち日本人は2025年に世界初の（無線電力伝送）衛星実験を実施することを目指していたので残念に思っている」と語った。

新興企業の Virtus Solis Technologies も電力ビームのテストを行っており、2026 年にパイロットプラントを軌道に打ち上げる計画を立てている。CEO の John Bucknell 氏は、同社は 10 年以内に顧客に商用電力を提供するつもりであると述べた。 「宇宙太陽光発電は、実際の二酸化炭素排出量ゼロへの信頼できる道筋を備えた、唯一のクリーンで確固たる拡張性のあるエネルギー技術です。」