カリフォルニア工科大学のチームが宇宙でのワイヤレスエネルギー伝送を実現

Mar 27, 2023

画像クレジット: カリフォルニア工科大学

E&T編集部より

2023 年 6 月 5 日月曜日発行

カリフォルニア工科大学の宇宙太陽光発電実証機は、宇宙で無線で電力を伝送し、検出可能な電力を地球にビーム送信する能力を初めて実証した。

この成果は、正確なタイミング制御を備えた柔軟で軽量なマイクロ波電力送信機のアレイである MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment) によって行われました。

MAPLE は、カリフォルニア工科大学 (Caltech) が宇宙太陽光発電プロジェクト (SSPP) の一環として実施した 3 つの実験のうちの 1 つです。SSPP は、宇宙で太陽光発電を収集し、ビームを照射できる一連の宇宙太陽光パネルを配備するという野心的な計画です。エネルギーは地球に戻ります。

「これまでに実施した実験を通じて、MAPLE が宇宙の受信機に電力を正常に送信できることが確認されました」と電気工学および医用工学のブレン教授で SSPP の共同ディレクターであるアリ・ハジミリ氏は述べています。

「また、私たちはそのエネルギーを地球に向けるようにアレイをプログラムすることもできました。それはカリフォルニア工科大学で検出されました。もちろん、地球でもテストしましたが、今では宇宙への旅行にも耐えてそこで動作できることがわかっています」 。」

MAPLE の内部の宇宙からの写真。右側に送信アレイ、左側に受信機があります。 / SSPP

画像クレジット: SSPP

MAPLE は、個々の送信機間の建設的干渉と破壊的干渉を使用して、可動部品を使用せずに、送信されるエネルギーの焦点と方向を変更します。 また、正確なタイミング制御要素に依存して、エネルギーの大部分を他の場所ではなく目的の場所に送信できるようになります。

MAPLE は、送信機から約 30cm 離れた位置に 2 つの独立した受信機アレイを備えています。 これらのアレイはエネルギーを受け取り、それを直流 (DC) 電力に変換し、それを使用して 1 対の LED を点灯し、宇宙の遠隔地でのワイヤレス エネルギー伝送の完全なシーケンスを示します。

研究者らは、各 LED を個別に点灯し、LED 間を行ったり来たりして、この技術を宇宙でテストしました。

MAPLE によって送信されたエネルギーは、パサデナにあるカリフォルニア工科大学のキャンパスにあるゴードン & ベティ ムーア工学研究所の屋上の受信機によって検出されました。 受信信号は予想された時間と周波数で現れ、軌道からの移動に基づいて予測されたとおり、正しい周波数シフトを持っていました。

「私たちの知る限り、高価な剛体構造であっても、宇宙で無線エネルギー伝送を実証した人は誰もいません。私たちは柔軟で軽量な構造と独自の集積回路を使ってそれを行っています。これは初めてです」とハジミリ氏は語った。

静止軌道上の衛星は、1 日のサイクルや天候の変化の影響を受けないため、99 パーセント以上の時間太陽光を受け取り、地球上のソーラー パネルよりもはるかに強い強度で太陽光を受け取ることができるため、衛星の効率が大幅に向上します。エネルギー源。

このため、宇宙太陽光発電により、科学者は実質的に無制限の太陽エネルギーの供給を利用できるようになる可能性があります。

SSPP が完成すると、太陽光を集めて電気に変換し、マイクロ波に変換して必要な場所 (現在信頼性の高い電力にアクセスできない場所も含む) に長距離にわたって無線で送信するモジュール式宇宙船の集合体を配備できるようになります。 。

「柔軟な送電アレイは、軌道に到達すると展開する帆のようなソーラーパネル群というカリフォルニア工科大学のビジョンの現在の設計に不可欠です」と航空宇宙・土木工学の教授で共同ディレクターのセルジオ・ペレグリノ氏、ジョイス氏、ケント・クレサ氏は述べた。 SSPPの。

「インターネットが情報へのアクセスを民主化したのと同じように、無線エネルギー伝送によってエネルギーへのアクセスが民主化されることを願っています」とハジミリ氏は語った。 「この電力を受け取るために地上にエネルギー伝送インフラは必要ありません。つまり、遠隔地や戦争や自然災害で荒廃した地域にエネルギーを送ることができるのです。」

ムーア研究所の屋上でMAPLEからの電力を検出。 / アリ・ハジミリ

画像クレジット: アリ・ハジミリ

スペースソーラーパワーデモンストレーター（SSPD）として知られる宇宙太陽光発電のプロトタイプは、トランスポーター6号ミッションで軌道上に打ち上げられ、2023年1月3日火曜日にケープカナベラルから打ち上げられました。

MAPLE に加えて、SSPC は他の 2 つの実験で構成されており、その結果は今後数か月以内に得られる予定です。

1 つ目は DOLCE (Deployable on-Orbit UltraLight Composite Experiment) として知られています。 これは、モジュール式宇宙用ソーラー パネルのアーキテクチャ、パッケージング スキーム、展開メカニズムを示す 1.8 メートル四方の構造物です。

2 番目の実験は ALBA と名付けられ、宇宙という過酷な環境で最も効果的な電池の種類を評価できるように、32 種類の異なる種類の太陽電池 (PV) を収集するように設計されています。

SSPP の起源は 2011 年に遡ります。慈善家のドナルド ブレンが雑誌ポピュラー サイエンスの記事で宇宙ベースの太陽エネルギー製造の可能性について知りました。

宇宙太陽光発電の可能性に興味をそそられたブレンは、カリフォルニア工科大学の当時の学長ジャン・ルー・シャモーに宇宙ベースの太陽光発電研究プロジェクトの創設について話し合うよう打診した。 2013年、ブレンと妻でカリフォルニア工科大学の理事であるブリジット・ブレンは、プロジェクトに資金を提供するために寄付することに同意した。

「カリフォルニア工科大学の優秀な科学者たちの勤勉さと献身により、全人類の利益のために、豊富で信頼性が高く手頃な価格の電力を世界に提供するという私たちの夢が前進しました」とブレン氏は述べた。

カリフォルニア工科大学のトーマス・F・ローゼンバウム学長は、「世界の将来にとって極めて重要な再生可能エネルギーへの移行は、現在、エネルギー貯蔵と送電の課題によって制限されている。宇宙からの太陽光発電は、実現に一歩近づいたエレガントなソリューションである」と付け加えた。ブレン家の寛大さと先見の明。

「ドナルド・ブレンは、人類にとって目覚ましい利益を約束する恐るべき技術的課題を提示しました。それは、中断のない再生可能エネルギーによって動かされる世界です。」

昨年の夏、中国は、宇宙における太陽光発電プロジェクトの建設のための最初の打ち上げが当初の計画より2年早い2028年に予定されていると発表した。その際、約400kmの距離を周回する試験衛星が送信に使用される技術をテストする予定である発電所から地球にエネルギーを届けます。

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