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カリフォルニア工科大学の新しいデモは、2023年1月に打ち上げられる予定で、将来の太陽光発電のあり方を根本から変えるかもしれない。

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)は、宇宙を利用した太陽光発電の夢(地上の太陽電池アレイよりもかなり多くのエネルギーを得られる)を現実に近づけることができる新技術をテストするために、最初の宇宙太陽光発電デモ機を宇宙に投入する準備を進めている。

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50キログラムのデモンストレーターは、1月にSpaceX社が宇宙に運んだMomentus Vigoride宇宙船から展開され、Deployable on-Orbit ultraLight Composit Experiment (DOLCE), Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment (MAPLE), そしてALBAという22種類の光電池セットからなる3種類の主要コンポーネントからなる。

「長年、宇宙ベースの太陽光発電が人類の最も緊急な課題のいくつかを解決できることを夢見続けてきました。今日、私は、その夢を実現するために競争しているCaltechの優秀な科学者をサポートすることに興奮しています」と、2011年にカリフォルニア工科大学の当時の学長であるJean-Lou Chameau氏に宇宙ベースの太陽光発電プロジェクトを初めて提案し、2013年にはプロジェクトの最初の種資金提供に貢献したカリフォルニア工科大学理事会のメンバーであるDonald Bren氏は声明でこう述べている。

科学者たちは、宇宙ベースの太陽光発電の3つの大きな課題、すなわち、展開、効率、地球に戻る無線伝送をテストするつもりだ。ALBAとMAPLEの実験は準備に時間がかかるが、ソーラーパネルとデモンストレーターの上部構造の展開をテストするDOLCEは、最初に、それもかなり早く行われる予定だ。

「DOLCEは、Momentus社からDEMONSTRATORにアクセスしてから、数日以内に配備を開始する予定です。DOLCEが機能するかどうかはすぐにわかるはずです」と、SSPPの共同ディレクターであり、カリフォルニア工科大学の航空宇宙学教授および土木工学教授であるSergio Pellegrino氏は述べている。

デモンストレーターの上部構造の展開は、2022年1月のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の展開と同様に、繊細な操作になりそうだ。また、DOLCEは宇宙で初めて新しい技術を試すことになり、多くのことがうまくいかない可能性がある。

「NASAやカリフォルニア工科大学のジェット推進研究所、南カリフォルニアの宇宙産業の仲間に、ミッションを成功させるための設計やテスト方法について、何度もアドバイスを求めました。まったく新しい技術の開発は、本質的にリスクの高いプロセスですが、私たちは失敗のリスクを減らすよう努めました」とPellegrino氏は述べている。

しかし、その成果は、宇宙太陽光発電だけでなく、大きなものになる可能性がある。

「DOLCEは、太陽電池を搭載した宇宙船とフェーズドアレイのための新しいアーキテクチャを実証しています。DOLCEは、最新世代の超薄型複合材を活用し、前例のないパッケージング効率と柔軟性を実現しています。すでに着手しているさらなる進化により、将来のさまざまな宇宙ミッションへの応用が期待されます」とPellegrinoは説明する。

宇宙太陽光発電とは?

宇宙を利用した太陽光発電は、新しいアイデアではないが、エキサイティングなものだ。地上での太陽光発電とは異なり、宇宙を拠点とする衛星は、悪天候や長引く昼夜のサイクルなど、地上での太陽電池の欠点の多くを回避することができる。

もちろん、課題は、宇宙ベースの太陽光発電が宇宙にあることだ。宇宙は、人類にとってはまだまだ到達するのも作るのも難しい場所である。

50キログラムの太陽電池を地表から何百kmも離れた場所に持ち運ぶのは、非常に高価な作業であり、これがALBAの重要な特徴のひとつだ。この22個の太陽電池は、最も効率的な集光方法をテストするもので、カリフォルニア工科大学の研究者は、宇宙での太陽光発電を経済的に実用化するために、最初に設置するコストを考慮すると、どの技術が最も有望であるかを確認することが出来る。

そのパワーをどうやって地球に届けるのか?

また、MAPLEが検証するもう一つの大きなハードルは、宇宙衛星から集めた電力をどうやって地球に戻して使うか、ということだ。

SSPPの共同ディレクターであり、カリフォルニア工科大学の電気工学と医療工学の教授であるAli Hajimiri氏は、「フレキシブルなMAPLEアレイ全体と、その核となるワイヤレス電力伝送電子チップと送信エレメントは、ゼロから設計されています。これは存在しないので、買えるものから作られたのではありません。このようにシステムを根本から見直すことが、[デモ機]のスケーラブルなソリューションを実現するために不可欠です」と、述べている。

「何が起ころうとも、このプロトタイプは大きな前進です。このプロトタイプは、地球上で動作し、宇宙への打ち上げに必要な厳格な手順をクリアしています。まだまだリスクはありますが、このような過程を経て、私たちは貴重な教訓を得ることができました。今回の宇宙実験では、さらに多くの有益な情報を得ることができ、今後のプロジェクトの指針になると考えています」。


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