月で作られたソーラーパネルが地球に電力を供給できる

「地球温暖化は、人類が今後100年間に直面する最大の課題です」とジャスティン・ルイス・ウェーバー氏は言う。

現在カリフォルニアの高校 3 年生であるルイス ウェーバーは、ニュー スペース誌に、今後のエネルギー危機の解決策になるかもしれないと考えている、自己複製型ソーラー パネルを宇宙に配置するという論文を発表しました。これらのソーラー パネルは、月の表面で自律的に自身のコピーを作成します。その後、地球の軌道に入り、太陽のエネルギーを集め、それを無線で地上に送信します。ルイス ウェーバーの論文は、アルテミス イノベーション マネジメント ソリューションズのジョン C. マンキンスの研究に基づいています。

月面で自己複製するソーラーパネルは突飛なアイデアに聞こえるかもしれないが、宇宙太陽光発電の構想は実は数十年前に遡り、1970年代の石油危機のときに勢いを増した。石油価格が再び下落した後、この構想は棚上げになったが、それ以来、2つのことが起きた。1つは、世界が気候変動の解決にさらに必死になったこと、もう1つは、技術革新によってこの突飛なアイデアがSFの世界から出てきたことだ。このアイデアは注目を集めており、大規模な投資があれば、宇宙太陽光発電は数十年以内に実現する可能性がある。

なぜ宇宙に太陽電池パネルを設置するのか?

ルイス・ウェーバー氏は、地球人が利用できるエネルギー源の中で、太陽は最も優れていると語る。「イーロン・マスク氏が述べたように、私たちの空には核融合炉があるのです。」

通常の太陽光発電の問題点は、太陽が常に昇っているわけではないことです。夜や曇りの日もあります。また、パネルは多くの土地を占有します。

「全世界に太陽光発電で電力を供給するには、ネバダ州の92％の面積を太陽光パネルで覆う必要があります。バッテリーは考慮していません」とルイス・ウェーバー氏は言う。「私にとって、それは実現不可能です。」

しかし、同じソーラーパネルを大気圏上空の宇宙に設置すれば、天候に左右されることはなく、パネルはほぼ常に太陽光を浴びることになる。さらに、パネルに届く光は大気圏を通過する必要がないため、27パーセント明るくなる。

軌道上では曇りの日などありません。

これらのソーラーパネルはマイクロ波を使って地球上の受信機に電力を送り返します。心配な方のために言っておきますが、このマイクロ波で人間が焼けてしまうことはありません。

「このシステムは、安全な電力密度を超えないように設計される」と、米海軍研究所で宇宙用ソーラーパネルに取り組んでいるポール・ジャッフェ氏は語った。（ジャッフェ氏は、地球から宇宙にソーラーパネルを打ち上げる計画を提案しているが、自己複製はしない。）「自転車に乗って地上の速度記録を破る心配をする必要がないのと同じようなものだ。このシステムは兵器化できない」

また、この大型アレイが地球に影を落とすこともない。軌道上の他の衛星と同様に、太陽光は構造物の周囲に拡散する。月が太陽を隠しても、影を落とすのはほんの短時間だけである。ネバダ州ほどの大きさのアレイが作る影は「その百万分の一にも満たない」とジャッフェ氏は言う。

宇宙太陽光発電には、もうひとつの利点がある。これらのアレイは、受信機が設置されている場所を問わず、地球の広大な地域に電力を送電することができる。これにより、発展途上国の村や被災地に電気を送る可能性が広がる。ジャッフェ氏によると、受信装置は輸送用コンテナ数個に収まるという。

さらに、太陽光は基本的に連続的であるため、宇宙太陽光発電では電力を貯蔵するための大型バッテリーの開発は不要であり、これが地上太陽光発電の妨げとなっている。

ただ一つ大きな問題がある

世界に電力を供給するには大量のソーラーパネルが必要となり、そのすべてを宇宙に打ち上げるのは安くはありません。

SpaceX の打ち上げ費用はたった 1 回で約 6,000 万ドルだが、これは競合他社よりもはるかに安い。論文の中で、ルイス=ウェーバー氏は、相当数の太陽光発電衛星を打ち上げるには数十兆ドルかかる可能性があると計算している。

「打ち上げコストは間違いなく宇宙太陽光発電のコストを決定する最も影響力のある要因の 1 つです」とジャッフェ氏も同意する。「そのコストが下がらないか、宇宙船を設置するための代替手段を使わない限り、価格面で [化石燃料と] 競争することはできないでしょう。」

解決策はあるでしょうか?

何千ものソーラーパネルを軌道上に送る代わりに、自己複製するようにプログラムされた 1 つのソーラーパネルだけを打ち上げることができたらどうなるでしょうか。すると、そのソーラーパネルが作る機械がそれぞれ自己複製し、それが繰り返されるのです。ウサギの増殖のように、ソーラーパネル衛星の数は飛躍的に増加し、数か月または数年でネバダ州全体を覆うほどになります。

地球軌道上には、ロボットを全て製造するほどの資源はないので、代わりに自己複製マシンを月に送ればいいとルイス＝ウェーバー氏は提案する。そこでは、月の柔らかい表土からアルミニウム、鉄、シリコンを採掘し、太陽系衛星の部品に変えることが可能だ。

自己複製ロボットを作るのは簡単ではないが、ルイス＝ウェーバー氏には計画がある。最初のステップは、ソーラーパネルの設計をできるだけ簡素化することだ。「1,000 種類のネジを使う代わりに、5 種類にしましょう。部品ごとに異なる金型を使う代わりに、3D プリンターを使いましょう」とルイス＝ウェーバー氏は言う。

ウサギが増えるのと同じように、太陽電池パネル衛星の数も飛躍的に増加するでしょう。

ネジや太陽電池の製造など、それぞれが単純な作業を実行する約 18 種類の異なる工場機械があれば、理論的には月を自給自足の太陽電池工場に変えることは可能です。

太陽電池パネルの準備が整えば、月は地球に向けて再び打ち上げられ、軌道上に留まることになる。月の重力は地球の6分の1程度しかないため、地球から打ち上げるよりもはるかに簡単なプロセスだ。

このプロセスには多くの新しい技術が必要ですが、どれも特に遠い未来のことではありません。ワープ ドライブや物質転送装置は必要ありません (ただし、後者は確かに便利です)。ルイス ウェーバー氏は、約 100 億ドルで実現できると考えています。そのほとんどは研究開発に充てられます。この技術が開発され、発売された後は、製造されるソーラー パネルは基本的に無料になります。

同じ 100 億ドルで、地球からソーラーパネルを製造して打ち上げれば、15 万世帯に電力を供給できるほどの規模のアレイが提供される。悪くはないが、同じ金額で全世界に電力を供給できるほど素晴らしいわけではない。

ルイス・ウェーバーの研究開発に最終的に 1,000 億ドルかかるとしても、発電コスト (1 キロワット時あたり 0.00042 ドル) は化石燃料より数桁低くなります。太陽光発電が石炭、石油、天然ガスに勝てるようになるだけでなく、この技術に投資する企業が多額の利益を得ることも可能になります。

しかし、それはまだ不可能だ

複雑な自己複製ロボットはまだ存在しておらず、「それは難しいエンジニアリングの課題となるだろう」とルイス＝ウェーバー氏は認めている。しかし、それは可能と思われる。科学者たちは「複製」できる単純な機械の構築に進歩を遂げており、ある 3D プリンターは自己複製に近づいている。このプリンターは、自分自身の作業用コピーの 73 パーセントを印刷できる。

月の塵を掘り出して、それを精製して使える部品にするというのは、小惑星採掘技術を開発しているディープ・スペース・インダストリーズ社やプラネタリー・リソーシズ社などの仕事になるかもしれない。

他の研究チームも宇宙太陽光発電の実現に取り組んでいる。例えば、ジャッフェ氏とその同僚は、個々の衛星を軌道上で整然とした配列に組み込むのに役立つ技術の開発に取り組んでいる。「地球から打ち上げる部品で作るにしても、月から打ち上げる部品で作るにしても、何らかの組み立て作業が必要になる可能性が高い」

それは難しい技術的課題となるでしょう。

一方、日本の研究者たちは、軌道上の太陽電池パネルから地上にエネルギーを送るために必要な無線電力伝送の実証に成功した。彼らは10キロワットの電力を1,640メートル（500メートル）離れた受信機に送信することに成功した。

どうやってそこにたどり着くのでしょうか?

宇宙太陽光発電のアイデアは勢いを増しているようだ。最近行われた国防総省のコンテストでは、500 チームの中からジャッフェ氏のチームが 7 つの賞のうち 4 つを獲得した。

「気候変動により、この問題への関心が確実に高まっています」と彼は言う。

ジャッフェ氏は国防総省向けのプレゼンテーションで、宇宙太陽光発電の実現に向けた計画を概説した。同氏の戦略では月ではなく地球から打ち上げたソーラーパネルを使用するが、段階的なテストはどちらの戦略でも同様になると思われる。

国際チームは地上でこの技術をテストし、その後国際宇宙ステーションに持ち込む。その後、このアレイの小型版である「パスファインダーミッション」を低地球軌道に打ち上げる。このミッションでは、世界中どこにでも電力を送れるようになる。

「今から始めれば、これらのステップは2021年までに約3億5000万ドルで達成できる」と彼はプレゼンテーションで述べている。これは「アメリカ人がペットのハロウィン衣装に毎年費やす金額とほぼ同じ」だ。

アメリカ人が毎年ペットのハロウィーン衣装に費やす金額とほぼ同じ金額で始めることができます。

ルイス・ウェーバー氏も、この秋に全米トップクラスの大学に進学するため、資金確保に取り組む予定だ。彼は特に、パートナーとして考えていた人物が 1 人いる。「イーロン・マスク氏と一緒に仕事ができたら、とてもうれしいです」。

電気自動車を製造し、ロケットを打ち上げる億万長者は、電話で話すのが少々難しいとしても、間違いなくこのプロジェクトにぴったりだろう。しかし、すでに月を目指すのであれば、高い目標を掲げてみてはどうだろうか。