太陽エネルギーを収集し地球に送信する技術の実現可能性をテストする軌道衛星が、1年間に及ぶミッションを無事完了した。
低軌道上の太陽宇宙電力実証衛星のシミュレーション。写真:カリフォルニア工科大学
カリフォルニア工科大学（Caltech）が1月16日に発表したミッション概要によると、太陽宇宙発電実証装置（SSPD-1）プロジェクトのエンジニアは、50kgの衛星プロトタイプに搭載された3つの装置がすべて正常に動作していると評価し、このプロジェクトが「宇宙における太陽エネルギーの未来を切り開く」と考えている、とポピュラーサイエンス誌は伝えている。
SSPD-1は2023年1月初旬にSpaceXのFalcon 9ロケットで打ち上げられ、3つの実験を実施する予定だ。まず、展開型軌道上超軽量複合材 (DOLCE) 実験では、折り紙にヒントを得た超軽量太陽電池構造の耐久性と効率性を検証します。一方、ALBA実験では、32種類の太陽電池パネルの設計をテストし、どれが宇宙に最適かを判断しました。同時に、低軌道電力転送用マイクロ波アレイ（MAPLE）実験では、軌道上で収集された太陽エネルギーを地球に送り返すマイクロ波送信機をテストしました。
最も重要なことは、MAPLE が初めて、太陽電池を使用して太陽エネルギーを収集し、マイクロ波ビームを介して地球に送り返すことができることを実証したことです。 SSPD-1 チームのメンバーは 8 か月にわたって MAPLE のストレス テストを意図的に増加させ、エネルギー転送能力を低下させました。その後、研究チームは研究室で問題をシミュレートし、原因は複雑な電気と熱の相互作用とクラスター内の個々のコンポーネントの弱化にあることを突き止めました。
カリフォルニア工科大学の宇宙太陽光発電プロジェクト（SSPP）の共同ディレクターで電気・医療工学教授のアリ・ハジミリ氏は、この結果はMAPLEの多くのコンポーネントの設計を改良し、長期的なパフォーマンスを最大化するのに役立つと述べた。
現在、衛星やその他の多くの宇宙技術で使用されている太陽電池は、地上で使用される装置よりも製造コストが 10 倍以上かかります。カリフォルニア工科大学は、これは主に表面張力成長と呼ばれる保護結晶膜を追加するコストによるものだと説明しています。研究者たちはアルマ望遠鏡を使って、ペロブスカイト太陽電池は地球上では有望な設計だが、宇宙では性能に大きな差があることを突き止めた。一方、ガリウムヒ素電池は追加のフィルム層を必要とせず、長期間安定して動作します。
DOLCE のチームは、すべてが計画通りに進んだわけではないことを認めています。当初の計画では3～4日間の展開でしたが、DOLCEは電気配線や機械部品の不具合など多くの技術的問題に遭遇しました。しかし、研究者たちは、衛星カメラを使って実験室で故障をシミュレートすることで問題を解決しようとした。
しかし、SSPD-1 が成功したとしても、衛星によって太陽エネルギーを効率的かつ安価に利用できるようになるまでには、まだ何年もかかるだろう。以前の推定では宇宙太陽光発電のコストは1kWhあたり1～2ドルとされていたが、米国での現在のコストは1kWhあたり0.17ドル未満である。材料コストは大幅に削減する必要がありますが、それでも太陽放射や宇宙の地磁気活動に耐えられるだけの強度が必要です。
宇宙太陽光発電が人類の持続可能なエネルギーインフラに貢献できるようになるまでには、解決しなければならない問題が他にも数多くあります。 SSPD-1 がマイクロ波ビームを介して伝送する電気の量は日常的な需要に比べるとごくわずかであり、宇宙の太陽電池には数千メートルの幅が必要となる。強力なマイクロ波やレーザーを地球に送信することの安全性の問題も検討する価値がある。 SSPP のチームは、軌道上太陽光発電所が実際に実現可能になる前に、すべての問題を解決するために取り組んでいます。
アン・カン（ポプシによると）
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