NASAの新レポートは2050年以降の宇宙太陽光発電実現の可能性を示唆している

masapoco
投稿日
2024年2月17日 14:06
echo buds 2gen chip

宇宙太陽光発電(Space-based solar power: SBSP)は、昨年の夏に宇宙空間で太陽光発電の実証実験に成功したことで、最近話題になっている。このコンセプトは基本的には正しいが、この技術が広く採用されるには多くのハードルがある。しかし、NASAはコストのかかるプロジェクトに慣れているわけではない。最近、NASA内部の技術・政策・戦略局に調査を依頼し、NASAがこの萌芽的なアイデアを支援し続ける方法を提案している。最も興味深いのは、技術的なカードが正しく使われれば、SBSPは2050年までに人類にとって最も炭素効率が高く、最も低コストの動力源になり得るということだ。

はっきり言って、そこまで到達するためには多くのハードルがあるが、まずは報告書の内容から見ていこう。その主な関心事は、電力衛星からの電力がどれだけ高価か、そして、そもそも電力衛星を宇宙に運ぶために大気中に導入されるものも含め、そのライフサイクルでの炭素排出量がどれだけ高いか、という2点である。

この2つのデータは、多作な発明家John Mankinsが提案したSPS-Alpha Mark-IIIと呼ばれるモジュール式のものと、Tethered-SPSと呼ばれる日本の研究者グループによる、より伝統的な設計を用いた2つの異なるシステムについて分析された。報告書のほとんどの計算では、SPS-Alpha Mark-IIIが、より従来のシステムを上回っている。それでも、その実装にはいくつかの技術的なハードルがある。

報告書が示す結果は、SBSPにとってきれいなものではない。現在の技術的成熟度を考えると、どちらのソリューションも既存のどの技術よりも高価な電力を生産している。それだけでなく、より気候に優しいSPS-Alpha Mark-IIIでさえ、気候への影響という点ではまだ太陽光発電に匹敵するだけで、水力発電や核分裂のようなものにさえ負けている。つまり、この技術を採用する商業的インセンティブが生まれる前に、いくつかの作業が必要なのだ。

2つの大きな原因は、衛星を軌道に乗せるための費用と、軌道に乗った衛星を維持するための費用(宇宙空間での組み立てとメンテナンス(ISAM)と呼ばれる)である。この報告書では、打ち上げコストが現在よりも低くなるような許容範囲も示されている(SpaceXのStarshipが完全に機能していない場合)。しかし、たとえコストが下がったとしても、2つのシステムのうち小さいほうのシステムで863回の打ち上げを地球同期軌道で行うのでは、どのシステムも地上の代替案とコスト競争力を持つことはできないだろう。

また、現在のところ、このような巨大な衛星をサポートできるISAMのインフラはない。そのため、宇宙滞在中にシステムのどこかが故障した場合、環境の性質上避けられないが、それを修理する実現可能な方法はないだろう。打ち上げコストの削減と同様、これもいくつかの商業団体が取り組んでいる。しかし、軌道上のインフラを安価に維持できないことは、近い将来、大規模なプロジェクトのコスト査定を悩ませることになるだろう。

温室効果ガスの排出に関しては、そのほとんどが宇宙に行くために必要な打ち上げによって引き起こされる。高層大気への燃焼生成物の放出が環境に与える影響については、特に多くの研究がなされていない。しかし、それが良くないとしても不思議ではない。しかし、そうでなくとも、これらのシステムの全重量を宇宙へ運ぶために排出されなければならない温室効果ガスの量が膨大であれば、低炭素の代替品と競争するのは難しいだろう。

このような困難は、近い将来SBSPシステムを構築するための死刑宣告に聞こえるかもしれない。しかし、明るい兆しもある。統計的手法による感度分析を用いて、報告書の執筆者たちは、2050年に利用可能なエネルギー源の中でSBSPが最も費用対効果が高く、温室効果ガス排出量が最も少ないというシナリオを作成した。

Financial Times紙も、SBSPの根底にあるアイデアに関心を寄せている。

特に、(Starshipが再利用可能な)地球低軌道から静止軌道に部品を移動させるために、ISAMの増加やイオンドライブのような他の技術を使用することで、必要な打ち上げ回数を劇的に制限することができる。その他の改善点としては、打ち上げコストの低減(ただし、この研究が採用している1kgあたり500ドルという金額は、Starshipができることをより楽観的に見積もった場合よりもはるかに低い)や、装置自体の耐用年数の向上など、コスト分析における楽観的な基準がある。

結局のところ、この分析結果は、もう少し開発を進めれば、SBSPは25年後にはコスト競争力を持つだけでなく、低コストで環境に優しい電力の最良の選択肢になり得ることを示すものである。しかし、この報告書の目的は、NASAの首脳部に潜在的な行動項目を提案することであり、その結果は、「注目してください」と言う圧倒的なものであった。SBSPを可能な限り素晴らしいものにするために必要な、打ち上げコストの削減、イオンドライブ、ISAMシステムの改善など、多くの活動がすでにNASAのレーダーに載っており、さまざまなレベルの支援を受けながら積極的に開発が進められていることを、この報告書は正しく指摘している。

著者らは、NASAがこの時点で何十年も続けているように、数年ごとに技術を調査し、特定の技術的ハードルが他のプロジェクトの一部として対処されていないかどうかを確認することを提案している。今のところ、彼らは何も見つけられなかった。しかし、小惑星採掘や展開可能な軽量構造物など、報告書にも記載されていない多くの技術も、経済計算を根本的に変える可能性がある。ひとつ確かなことは、SBSPの実現可能性に関する今後の報告書には、検討すべき新しい進歩がたくさん盛り込まれているということである。


Sources


この記事は、ANDY TOMASWICK氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。



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