史上初の宇宙太陽光発電テストが軌道上で1年を経て終了

将来太陽エネルギーを収集し地球に送るという技術的実現可能性をテストする軌道衛星が 1 年間のミッションを終え、研究者たちはその結果を熱心に調べている。カリフォルニア工科大学が本日発表したミッション概要によると、太陽宇宙発電実証機 (SSPD-1) のエンジニアたちは、重さ 110 ポンドのプロトタイプに搭載された 3 つのツールすべてが成功だったと考えており、このプロジェクトが「宇宙太陽光発電の未来を描くのに役立つ」と考えている。しかし、そのようなプロジェクトに資金が投入されたとしても、その未来はまだ数十年先の可能性がある。

2023年1月初旬にSpaceXのファルコン9ロケットで打ち上げられたSSPD-1には、3つの実験が含まれていました。まず、軌道上で展開可能な超軽量複合材実験（DOLCE）では、軽量で折り紙にヒントを得た太陽電池パネル構造の耐久性と効率を調査し、ALBA（イタリア語で「夜明け」）では、32種類の異なる太陽電池セル設計をテストして、どれが宇宙に最も適しているかを判断しました。同時に、電力転送低軌道実験用マイクロ波アレイ（MAPLE）では、軌道上で収集された太陽光発電を地球に送り返すためのマイクロ波送信機をテストしました。

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おそらく最も重要なのは、MAPLE が初めて、太陽光エネルギーを光起電力セルで集め、マイクロ波ビームで地球に送電できることを実証したことです。その後 8 か月にわたって、SSPD-1 チームのメンバーは意図的に MAPLE のストレス テストを強化し、最終的に送信能力が低下しました。その後、研究者は実験室環境で問題を再現し、複雑な電気と熱の相互作用と個々のアレイ コンポーネントの摩耗が原因であることが判明しました。

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）の共同ディレクターであり、電気工学および医療工学のブレン教授であるアリ・ハジミリ氏は本日、この研究結果により「MAPLEのさまざまな要素の設計が改訂され、長期間にわたってその性能を最大化できるようになった」と発表した。

「SSPD-1を使った宇宙でのテストにより、私たちの死角がより明確になり、能力に対する自信も高まりました」とハジミリ氏は付け加えた。

衛星やその他の宇宙技術で使用されている今日の太陽電池は、地上の同等品に比べて製造コストが 100 倍も高くなっています。カリフォルニア工科大学は、これは主にエピタキシャル成長と呼ばれる保護結晶膜を追加するコストによるものだと説明しています。ALMA は、ペロブスカイト太陽電池は地球上では有望な設計ですが、宇宙ではパフォーマンスに大きなばらつきがあることを明らかにしました。一方、ガリウムヒ素太陽電池は長期間にわたって安定して動作しましたが、エピタキシャル成長は必要ありませんでした。

DOLCE に関しては、研究者らは月曜日に「すべてが計画通りに進んだわけではない」と率直に認めた。当初は 3 ～ 4 日かけて展開する予定だったが、DOLCE は配線の引っ掛かりや機械部品の詰まりなど、複数の技術的問題に遭遇した。ありがたいことに、チームは搭載カメラを参照して実物大の実験室レプリカで問題を再現することで、問題を解決することができた。SSPP 共同ディレクターでジョイス・アンド・ケント・クレサ航空宇宙土木工学教授のセルジオ・ペレグリーノ氏によると、困難にもかかわらず、DOLCE の宇宙テストは「基本概念の堅牢性を実証した」という。

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しかし、SSPD-1 が全体的に成功したとしても、衛星アレイを使用して太陽光発電を効率的かつ安価に収集できるようになるまでには、まだ何年もかかる可能性があります。以前の推定では、宇宙で収集される太陽光発電のコストは 1kWh あたり 1 ～ 2 ドルでしたが、米国の電力では現在 1kWh あたり 0.17 ドル未満です。材料コストは大幅に削減される必要がありますが、同時に宇宙の太陽放射と地磁気活動に耐えられるだけの強度も維持する必要があります。

宇宙由来の太陽光発電が人類の持続可能なエネルギー基盤に貢献できるようになる前に、解決しなければならない問題が他にもある。ニューヨークタイムズが昨年指摘したように、SSPD-1 がマイクロ波ビームを通じて伝達するエネルギー量は、日常使用に必要な量に比べれば極めて微々たるもので、このような軌道上のソーラーアレイはおそらく数千フィートの幅が必要になるだろう。ちなみに、国際宇宙ステーションの長さはわずか 357 フィートだ。強力なマイクロ波やレーザービームを地球に送り返すことに関しても、安全性の問題がある。

SSPP の研究者たちは、軌道上太陽光発電所が本当に実現可能になる前に、これらすべての問題を解決しなければならないことを認識しています。しかし、最新の進歩は、少なくとも有望な道を進んでいることを示しています。