위성은 최초로 태양에너지를 지구로 전송합니다.

May 05, 2023

연구자들은 오랜 꿈을 실현하기 위해 작지만 필요한 조치를 취했습니다. 바로 우주에서 태양 에너지를 수확하여 지구로 전송하는 것입니다. 1월에 발사된 위성은 마이크로파 빔의 전력을 우주의 목표물로 조종했으며 심지어 그 전력의 일부를 지구의 탐지기로 보냈다고 실험을 주관한 캘리포니아 공과대학(Caltech)이 6월 1일 발표했습니다. 유럽 ​​우주국(ESA)의 우주 과학자 산제이 비젠드란(Sanjay Vijendran)은 "이전에는 누구도 이런 일을 해본 적이 없습니다"라고 말했습니다. "그들은 이 기능을 시연함으로써 주제에 대한 신뢰성을 가져오고 있습니다."

신뢰성은 오랫동안 우주 기반 태양광 발전의 과제였습니다. 일반적인 석탄 발전소나 원자력 발전소만큼 많은 전력을 생산하려면 위성은 수 킬로미터에 걸쳐 수집 영역이 필요하며 수백 번의 발사와 궤도 조립이 필요합니다. NASA는 1970년대 에너지 위기 동안 시범 임무를 계획했습니다. 그러나 당시의 기술을 우주 왕복선으로 운반하고 우주비행사가 조립했다면 임무에 1조 달러가 들었을 것입니다. 그 후 심각하게 받아들이는 사람은 거의 없었습니다.

그 이후로 공간은 변했습니다. 태양전지와 마이크로파 빔은 더 저렴하고 효율적입니다. 구조물을 조립할 수 있는 로봇이 곧 궤도에 진입하게 될 것이며 SpaceX와 같은 회사는 발사 비용을 대폭 절감했습니다. ESA와 영국 정부가 의뢰한 최근 연구에 따르면 거대 궤도 발전기는 곧 지상 원자력 발전소와 비슷한 비용으로 전기를 생산할 수 있게 될 것입니다.

몇 가지 분산된 연구 프로그램이 이 분야를 발전시켰습니다. 1980년대부터 교토 대학의 연구원들은 준궤도 로켓을 사용하여 우주 가장자리에서 짧은 거리에 걸쳐 파워 빔을 발사하는 방법을 시연했습니다. 2020년 미국 해군 연구소(US Naval Research Laboratory) 팀은 태양광에서 마이크로파로의 변환을 시연하기 위해 피자 상자 크기의 "샌드위치 패널"을 한쪽에는 태양 전지, 전자 장치는 채우고 다른 쪽에는 마이크로파 송신기를 사용하여 궤도로 보냈습니다. .

Donald Bren Foundation과 Northrop Grumman Corporation의 자금 지원을 받는 Caltech 임무는 가볍고 저렴하며 유연한 구성 요소를 사용하여 한 단계 더 나아가는 것을 목표로 했습니다. 마이크로파 송신기는 접시보다 약간 큰 표면에 32개의 평면 안테나가 배열된 배열이었습니다. 서로 다른 안테나로 전송되는 신호의 타이밍을 변경함으로써 연구원들은 어레이의 빔을 조종할 수 있었습니다. 그들은 그것을 팔뚝만큼 떨어진 한 쌍의 마이크로파 수신기에 겨누고 마음대로 한 수신기에서 다른 수신기로 빔을 전환하여 각각의 LED를 켰습니다.

전송되는 전력은 휴대폰 카메라 조명보다 적은 200밀리와트로 작았습니다. 그러나 팀은 여전히 ​​지구를 향해 빔을 조종하고 Caltech의 수신기를 사용하여 이를 감지할 수 있었습니다. Caltech의 전기 엔지니어인 Ali Hajimiri는 "이것은 개념 증명이었습니다."라고 말했습니다. "이것은 전체 시스템이 무엇을 할 수 있는지를 나타냅니다."

Caltech 우주선에는 아직 두 가지 더 계획된 실험이 있습니다. 현재 한 회사는 가혹한 우주 환경에서 가장 잘 살아남는 것이 무엇인지 알아보기 위해 32가지의 서로 다른 종류의 태양 전지를 테스트하고 있습니다. 두 번째는 접힌 초경량 복합 재료 조각으로, 가로 2m의 돛 모양 구조로 펼쳐집니다. 돛에는 태양전지가 탑재되지 않지만 미래 발전소에 필요한 얇고 유연하며 대규모 배치를 테스트하기 위한 것입니다.

우주 기반 태양광 발전에 대한 관심이 점점 높아지고 있는 것 같습니다. 올해 ESA는 궤도를 도는 발전소의 잠재적 아키텍처에 대한 두 가지 연구를 의뢰했습니다. Vijendran은 에너지 공급 회사들이 이러한 노력에 동참했다고 말했습니다. 교토 팀은 지난 달 일본 우주국 JAXA와 협력하여 궤도에서 파워 빔을 테스트할 것이라고 발표했습니다.

교토 전기공학자 시노하라 나오키는 칼텍의 성공 소식을 듣고 기뻤지만 동시에 우리 일본인이 2025년에 세계 최초의 [무선 전력 전송] 위성 실험을 수행하는 것을 목표로 삼았기 때문에 실망했다고 말했습니다.

신생 기업 Virtus Solis Technologies도 파워 빔을 테스트해 왔으며 2026년에 파일럿 플랜트를 궤도에 발사할 계획입니다. CEO John Bucknell은 회사가 2010년이 끝나기 전에 고객에게 상용 전력을 제공할 계획이라고 말했습니다. "우주 태양광은 실제 탄소 배출 제로를 향한 신뢰할 수 있는 경로를 갖춘 유일하게 깨끗하고 확고하며 확장 가능한 에너지 기술입니다."