에너지
太陽テクノロジーの進歩により、宇宙ベースのソリューションが現実的になる
すでに相当の期間、宇宙ベースの太陽エネルギーを利用する方法に関する研究が行われてきました。科学者や技術の専門家は、宇宙ベースの太陽エネルギーが持続可能なエネルギー源のセットに効率的な追加になる可能性があると考えています。
機能的には、軌道上にエネルギー収集と収穫パネルを設置し、地球に設置された受信機への太陽エネルギーを送信します。宇宙を含むため、地球とこれら2点間の送信ルートは、洗練された技術ソリューションで構成する必要があります。
約束的に、世界中での太陽テクノロジーの進歩は、宇宙ベースの太陽エネルギーの生産を現実的に入手可能にしました。しかし、それらについてより深く調査する前に、宇宙ベースの太陽エネルギー ソリューションが何を意味し、どのような利点があるかを簡単に確認してみましょう。
宇宙ベースの太陽エネルギーとその利点
アメリカ合衆国エネルギー省が提示したデータによると、地球では1時間に受ける太陽エネルギーが1年間で使用できるエネルギーよりも多くなります。約30%のエネルギーが大気によって宇宙に戻され、未利用のままになります。このエネルギーは、強力な宇宙ベースの太陽エネルギー メカニズムを設置することで効率的に捕獲および使用できます。
このシステムでは、衛星ベースの太陽パネルは、地球表面に設置された太陽パネルよりも多くのエネルギーを捕獲および送信できます。これは、宇宙にあることによる利点があるためです。DEAの説明によると、これらは:
「太陽パネルを備えた、エネルギー伝送衛星は、高強度の無断絶太陽放射を収集します。」
供給は無断絶です。なぜなら、宇宙には雲も夜も存在しないからです。
この技術には、巨大な鏡を展開して大量の太陽光線を小さな太陽コレクターに反射し、無線でマイクロ波またはレーザービームとして地球に安全に制御された方法で送信することが含まれます。
このプロセスには洗練された技術が含まれるため、世界中から革新的なソリューションが集まります。NASAは現在、宇宙ベースの太陽エネルギーに関する報告書を公開しました。この分野の研究開発を支援するために必要な情報を入手することを目的としています。
この報告書は、純粋な温室効果ガス排出を達成するための最終的な目的で、宇宙ベースの太陽エネルギーを競争力のある選択肢にするために重要な役割を果たすパラメータを評価しようとします。
NASAがこの分野で研究および技術を活躍するために研究者や技術者が取り組むべき技術的なボトルネックは以下のとおりです:
- 軌道上で大規模なシステムを組み立てて維持する方法を見つける必要があります。
- これらのシステムを自律的に動作させ、収穫されたエネルギーを地球に効率的に伝送するために研究が必要です。
- NASAの報告書はまた、宇宙ベースの太陽エネルギーシステムを使用する前に、インフラストラクチャを軌道上に輸送するために必要な多数の継続的なミッションにより、建設および打ち上げのコストに対処することが重要であることを強調しています。
NASAの報告書によると、宇宙ベースの太陽エネルギーシステムは2050年までに完全に生産的で運用可能になる可能性があります。この報告書を通じて、この分野で達成されたいくつかの重要な進歩が明らかになりました。例えば、JAXAの科学者が、太陽エネルギーをマイクロ波として遠距離に正確に無線で伝送して、最終的に使用可能な電気に変換することが可能であることを証明したことを思い出させました。
この成果を発展させて、カリフォルニア工科大学の科学者は2023年3月に、宇宙で収穫された太陽エネルギーを地球に無線で伝送する最初の宇宙船であるSpace Solar Power Demonstrator (SSPD-1)を開発しました。
NASAはまた、宇宙ベースの太陽エネルギーの経済的実現可能性についての見積もりを提供しました。 この分野に密接に関わっている一部の専門家は、これらの見積もりに異議を唱えています。 ただし、宇宙ベースの太陽エネルギーが提供する利点を否定することはほとんどありません。 宇宙ベースの太陽エネルギーは、災害救援、リモートセンサーの電源供給、従来のエネルギー生産システムおよびその供給チェーンのボトルネックの除去に役立つ可能性があります。
その利点を見ると、全ての発展途上国政府がこれに投資を始めています。資源を投資できる大規模なビジネスエンティティ、例えばAirbusやNorthrop Grummanもこれに尽力しています。
これから、各セグメントで彼らの成果について見ていきます。ただし、多くの取り組みがまだプロトタイプ段階にあることを覚えておく必要があります。
#1. Airbus Power Beaming
宇宙ベースのソリューションを可能にするために太陽テクノロジーを進歩させるために取り組む主要な企業の1つは、Airbusです。同社のPower Beamingテクノロジーは、同社のCentral Research & TechnologyおよびBlue Sky Departmentsによって開発され、宇宙ベースの太陽テクノロジー シーンでゲームチェンジャーとなる可能性を実証しています。
Jean-Dominique Costeによると、Yoann Thueuxと同僚とともにPower Beamingを開発した責任者です:
「このテクノロジーの潜在能力は、太陽光を捕獲し、無線でビームすることです。」
これらの科学者は、このエネルギー ソリューションが都市、工場、家庭、航空機に電気を十分に供給できる可能性があると考えています。
Airbusのテクノロジー開発者は、2022年9月27日に同社のX-Works Innovation FactoryでPower Beamingを実証しました。小規模で行われたものの、この実証は、パワー ビームを動作させるために必要なことを十分に説明することができました。
Coste、Thueux、同僚は、太陽パネルを使用してマイクロ波を「宇宙」と「地球」を表す2点間で伝送しました。2点間の距離は36メートルでした。この実証では、モデル都市を動かすための緑の水素も生成しました。
実証が終了した後、Yoann Thueuxは次のように述べました:
「今、私たちが初めて小規模で将来の宇宙ベースの太陽エネルギーシステムの重要な構成要素をテストしたので、Power Beamingを次のレベルに進める準備ができました。」
Airbusは、このテクノロジーが近くに実現することを期待しています。同社は、初期のPower Beamingプロトタイプが2030年代初頭に利用可能になることを予想しています。
最終的な適用形態では、地球から約36,000km離れた静止軌道上に太陽パネルを設置します。この太陽パネルは、地球上に同じサイズの太陽パネルとペアになります。
宇宙で収集された電力は、多数のアンテナが散在する領域にビームで送信されます。これらのアンテナは、電気を生成するためにエネルギーを再構成するためにビームを拾います。
このシステムが特定のスケールに達すると、原子力、石油、その他の再生可能エネルギー源に依存する地球の大規模エネルギー プロジェクトでエネルギーを生成するのと同じコストがかかります。見積もりによると、1つの静止軌道太陽農場は2ギガワットの電気を生成します。
2024年2月15日、Airbusは、65.4億ユーロの年間収入と、58億ユーロの調整済みEBITを報告した2023年の年間結果を発表しました。
#2. Northrop Grumman
宇宙ベースの太陽テクノロジー能力を検証するために必要なテストを完了したもう1つの主要なグローバル エンティティは、Northrop Grummanです。同社は、ビームをステアリングしてさまざまなアンテナに向けて無線周波数エネルギーをビームする能力を実証しました。同社は、2025年までにプロトタイプを開発することを自信を持っています。
このプロトタイプは、同社のRFエネルギーを地球にビームする能力を示します。このテクノロジーは、Northrop Grummanの宇宙太陽電力インクリメンタル デモンストレーションおよび研究 (SSPIDR) によって開発されています。
SSPIDRのプログラム ディレクターであるTara Theretによると:
「今は、ハードウェアの残りをビルドして統合し、厳しいタイムラインでテストするだけです。」
このプロセスで行うべき追加の作業には、電子コンポーネントを縮小し、「サンドイッチ タイル」の数を増やすことが含まれます。サンドイッチ タイルとは、太陽エネルギーを収集し、次の層に電力を伝達するフォトボルタیک セル パネルです。次の層には、太陽-RF変換を可能にし、ビームを形成するコンポーネントが含まれます。
同社は、システムを組み立てて打ち上げるために必要なフライト ハードウェアも製造しています。同社のESPAStarプラットフォームは、ペイロードに推進、電力、姿勢制御、および通信が必要なサテライト バスです。
彼らの努力を称賛して、米空軍研究室は2018年に1億ドルの契約をNorthrop Grummanに与え、宇宙太陽電力プロトタイプ システムの重要なコンポーネントを示すペイロードを開発することになりました。
空軍当局は、米軍基地に太陽エネルギーで電力を供給することができる宇宙ベースのプロトタイプ システムを構築するために必要な開発努力を促進したいと考えています。
全体として、宇宙ベースのソリューションが将来持つ可能性について、Tara Theretは次のように述べています:
「宇宙太陽電力ビームは、地球上のどこにでも、いつでもエネルギーを供給する可能性があります。このテクノロジーは、医療機器や通信機器が必要なリモート ロケーションに電力を供給することができます。」
(NOC )
Northrop Grummanは、2022年12月31日を終了日とする年度に、356億ドル相当の総売上高を記録しました。宇宙システム ストリームからの収益は122億ドルで、前年の106億ドルより増加しました。2022年の122億ドルの収益のうち、94%は米政府からのもので、残りの3%、2%、1%はそれぞれ国際販売、他の顧客への販売、内部販売から来ました。
#3. CESI
CESIはイタリアのミラノに拠点を置き、宇宙用の高効率太陽電池の研究開発および生産に30年以上の経験を持っています。さらに重要なのは、ガリウムアーセニドとインジウムガリウムホスフィドを使用するマルチジャンクション セルの世界的主要サプライヤーの1つであることです。
CESIには、ガリウムアーセニド、インジウムガリウムホスフィド、ゲルマニウムを含む三重接合宇宙セルが揃っています。これらのセルは、低軌道および静止軌道の衛星に効果的です。これらの製品は、必要なECSS E ST20-08C規格にも準拠しています。CESIは、現在、三重接合セルよりも効率が高い四重接合セルを発売する予定です。
将来、CESIは、さまざまな宇宙プログラムの要件を満たす幅広い宇宙太陽電池製品を提供することを目指しています。現在のところ、CESIの努力により、20万以上の太陽電池が生産され、25カ国にわたるクライアントの70以上の民間衛星に電力を供給しています。
CESIは、ミラノに独自の太陽電池製造技術を持ち、多くの国際的な宇宙機関や関係者と密接なネットワークを構築しています。
Northrop Grummanと同様に、CESIもイタリア国政府と協力し、イタリア国立宇宙機関 (ASI) および欧州宇宙機関 (ESA) から資金提供を受けています。欧州宇宙プログラムのニーズと多くの惑星間ミッションのために、先端の太陽電池を製造しています。
最新の財務開示によると、同社は2022年12月31日を終了日とする年度に8770万チェコ・コルナの収益を記録しました。
宇宙太陽テクノロジーの進歩: 将来への道
宇宙太陽テクノロジーは、世界中のコミュニティにその価値を証明し、国が熱心に投資を始めています。米国では、2020年に海軍研究室が実験を実施し、X-37B宇宙船を使用して太陽光を直接電流に変換しました。
一方、国際的な取り組みも勢いを増しています。中国当局は、2028年の中国宇宙技術アカデミー主導の宇宙ベースのデモンストレーション計画を設定しました。欧州では、Solarisが欧州宇宙機関からグリーン ライトを得た、三年間の研究プログラムとして注目されています。イギリスもレースに参加しており、宇宙での太陽エネルギーの利用に関する研究に助成金を提供しています。
明らかに、革新的な企業、世界中の大規模でリソースの豊かな組織、政府が協力して、宇宙が提供するエネルギーを利用し、活用するために取り組んでいます。宇宙には、断続的に利用されていない太陽エネルギーが待っています。将来は、確かに前途洋洋です。
