カリフォルニア工科大学、マイクロ波を使って宇宙からソーラーパワーをビーム照射

低軌道衛星から大学の屋上に送電

カリフォルニア工科大学は、初めて人工衛星から地球にソーラーパワーを送電することに成功しました。

この「Maple (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment)」 と呼ばれるプロジェクトでは、衛星が太陽光発電を集め、検出可能な量を米国の大学の屋上に送電しました。 これは、宇宙から太陽光発電を行うという野心的なプロジェクトの第一歩となるものです。

カリフォルニア工科大学のスペース・ソーラー・パワー・プロジェクト（SSPP）は、衛星に搭載されたソーラーパネルでこの太陽の恵みを収穫し、マイクロ波に変換して地表に送るという10年にわたる取り組みです。このプロジェクトでは、クリーンな電力が得られない場所でも、いずれは有用な電力を供給できるようになることを目指しています。

このプロジェクトの最初の衛星であるSpace Solar Power Demonstrator（SSPD-1）は1月に打ち上げられ、地球に電力を送ることの実現可能性を示すとともに、最適なソーラーパネルの選択の支援や、モジュール式のソーラーハーベスティング衛星群の構築の可能性を実証することを目指しています。

このミッションの最初のパートは、電力ビームを任意の場所に送ることができる軽量のマイクロ波電力送信機のアレイであるMapleによって達成されました。

SSPP は、小さく折りたため、多量の燃料を必要とせずに宇宙へ送れ、その後自動 的に広げて展開できる軽量なエネルギー伝送アレイを有しています。 カリフォルニア工科大学のAli Hajimiri教授率いるチームが開発したMapleは、可動部がなく、干渉効果（Wi-Fiハブで使われているものと同様）を利用して指向性のあるビームを生成します。

これはプロトタイプにつき、Mapleは比較的小さなステップを踏んでいます。まず、送信機からわずか1フィートの距離にある衛星上の受信機に電力を送信しました。受信機はLEDを点灯させ、伝送が行われたことを示しましたが、機器はシールドされておらず、宇宙空間の厳しさにさらされることになりました。

Mapleはまた、小さな窓からエネルギーを照射し、それ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内のゴードン＆ベティ・ムーア工学研究所の屋根に設置された受信機で検知されました。

「これまでの実験を通じて、メープルは宇宙空間の受信機にうまく電力を送ることができることが確認できた」とHajimiri氏は言います。 「また、地球に向かってエネルギーを送るようアレイをプログラムすることもでき、ここカリフォルニア工科大学でそれを検出しました。 もちろん、地上でのテストも行ってきましたが、今回、宇宙への旅にも耐え、そこで動作できることがわかりました」

「私たちの知る限り、高価な剛体構造であっても、宇宙でのワイヤレスエネルギー伝送を実証した人は誰もいません。 私たちは、柔軟な軽量構造と独自の集積回路でそれを実現しています。これは初めてのことです」

SSPP-1衛星には複数のアレイが搭載されており、研究チームは個々の素子や小さなグループの性能を評価し、これを将来の生産システムに反映させるつもりです。

最終的なSSPPシステムは、体積約1立方メートルのパッケージに折り畳まれ、一辺約50メートルの平らな正方形に展開され、片面は太陽電池を太陽に向けて、もう片面は無線電力送信機を地球に向けて配置されます。

Mapleの成功を受けて、衛星はDolce（Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment）、モジュール式宇宙船の6フィートパッケージの試験、Alba（宇宙環境における32種類の太陽電池の評価）へと進む予定です。

SSPPの共同ディレクターであるJoyce and Kent Kresa航空宇宙土木工学教授Sergio Pellegrino氏は、「フレキシブルな電力伝送アレイは、軌道に到達すると帆のように広がるソーラーパネル・コンステレーションというカリフォルニア工科大学の構想の現在の設計に不可欠」だと述べています。

「インターネットが情報へのアクセスを民主化したように、無線エネルギー伝送がエネルギーへのアクセスを民主化することを期待している」 とHajimiri氏は言います。 「この電力を受け取るために、地上には送電インフラが不要になります。つまり、遠隔地や戦争や自然災害で荒廃した地域にもエネルギーを送ることができるのです」

SSPPは、慈善家のDonald Bren氏によって2011年に始動し、彼はこのプロジェクトに1億ドル以上の寄付を約束しています。 また、Northrop Grumman（ノースロップ・グラマン）社も3年間で1,250万ドルを出資しています。

反対に、高高度疑似衛星企業のAvealto社は、Electric Sky社と共同で、太陽光発電の実現性が低い緯度のプラットフォームで、同社のWhisper Beam無線通信を利用して電力を供給するパターンを組んでいます。Electric SkyのWhisper Beamシステムは、地上アレイを使って電波を高度20km/65,000フィートまでまっすぐ送信し、受信機で電波を電気に変換する仕組みです。2013年に設立されたAvealtoは、遠隔地に接続性を提供する高高度飛行船を開発しており、このプラットフォームは60kWもの電力を供給すると言われています。

この記事は海外Data Centre Dynamics発の記事をData Center Cafeが日本向けに抄訳したものです。