研究者が空間を送信する

Jan 25, 2024

宇宙太陽光発電は、宇宙空間で実質的に無制限の太陽エネルギーの供給を利用する方法を提供します。 宇宙からの太陽エネルギーは、昼夜のサイクル、季節、雲量の影響を受けずに継続的に利用できるため、地球の表面上の太陽電池パネルよりも最大 8 倍多くのエネルギーを生み出すことができます。

しかし、宇宙太陽エネルギーを貯蔵し、それを地球に伝送し、利用することは依然として困難です。

この問題を克服するために、カリフォルニア工科大学 (Caltech) の研究者らは、太陽エネルギーを生成し、宇宙から地表に伝送することを目的とした電力伝送低軌道実験 (MAPLE) 用のマイクロ波アレイを開発しました。

1月に軌道上に打ち上げられた宇宙太陽光発電のプロトタイプは現在稼働している。 宇宙空間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。

宇宙太陽光発電デモンストレーター (SSPD-1) によってテストされているこの発電機は、宇宙で太陽光発電を収集し、地表に送電することを目的と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) による最初の宇宙搭載プロトタイプです。

MAPLE は、低コストのシリコン技術を使用して構築されたカスタム電子チップを搭載した、柔軟で軽量なマイクロ波電力送信機で構成されています。 一連の送信機を使用して、エネルギーを目的の場所にビームします。

SSPP が実現可能であるためには、エネルギー伝送アレイは、宇宙に送るのに必要な燃料の量を最小限に抑えるために軽量であること、ロケットで運べるパッケージに折り畳むのに十分な柔軟性、そして全体的に低コストの技術が必要です。

送信機間の建設的干渉と破壊的干渉を利用して、一連の電力送信機は、可動部品を使わずにビーム出力するエネルギーの焦点と方向を変えることができます。 送信機アレイは、正確にタイミング制御される制御要素を使用し、電磁波のコヒーレントな組み合わせを使用して電力を目的の場所に動的に集中させます。 これにより、エネルギーの大部分が目的の場所に伝達されます。

エネルギーを受信するために、MAPLE は送信機から約 1 フィート離れたところに 2 つの独立した受信機アレイを備えています。 次に、エネルギーを直流 (DC) 電気に変換し、それを使用して 1 対の LED を点灯し、宇宙の距離を離れた場所でのワイヤレス エネルギー伝送の完全なシーケンスを示します。 MAPLE は、空間内で各 LED を個別に点灯し、それらの間を往復することでこれをテストしました。 この実験は密閉されていないため、大規模な SSPP ユニットがいつか直面するであろう幅広い温度変動や太陽放射など、宇宙の過酷な環境にさらされます。

MAPLE には、アレイがエネルギーを送信できる小さな窓も含まれています。 この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。

研究者らによると、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。

研究者らが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伝送できることが確認された。 研究者らはまた、カリフォルニア工科大学で検出された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にも成功した。

「私たちの知る限り、宇宙での無線エネルギー伝送を実証した人は誰もいません。たとえ高価な剛体構造であっても、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」とアリ・ハジミリ氏は言う。 , ブレン電気工学および医用工学の教授であり、SSPPの共同ディレクター。

「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」とハジミリ氏は言う。 「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。」

研究者らは地球上で MAPLE をテストし、電力送信機も打ち上げや宇宙飛行に耐え、依然として機能することが実証されたことを知っています。 さらに、この実験は SSPP エンジニアに有益なフィードバックを提供しました。 電力伝送アンテナは 16 個のグループに組み立てられ、各グループは完全にカスタム化されたフレキシブル集積回路チップによって駆動されます。

研究チームは現在、小グループで介入パターンを評価し、さまざまな組み合わせ間の差異を測定することで、システム内の個々のコンポーネントのパフォーマンスを評価しています。

このプロセスが完了するまでに 6 か月かかる可能性があり、チームは異常を整理して個々のユニットまで追跡できるようになり、次世代のシステムに関する洞察が得られます。

このシステムを徹底的に研究した後、SSPP はモジュール式宇宙船のコンステレーションを展開します。 これらの宇宙船は太陽光を集めて電気に変換し、さらにマイクロ波に変換して、現在信頼性の高い電力にアクセスできない場所も含め、必要な場所に長距離にわたってワイヤレスで送信します。

「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」とハジミリ氏は言う。 「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。」