太陽エネルギーを収集し地球に送信する技術の実現可能性をテストする軌道衛星が、1年間に及ぶミッションを無事に完了した。
低軌道における太陽エネルギー宇宙電力実証衛星のシミュレーション。写真：カリフォルニア工科大学
カリフォルニア工科大学（Caltech）が1月16日に発表したミッション概要によると、太陽宇宙電力実証装置（SSPD-1）プロジェクトのエンジニアは、50kgの衛星プロトタイプに搭載された3つの装置がすべて正常に動作していると評価し、このプロジェクトが「宇宙における太陽エネルギーの未来を切り開く」と確信していると、ポピュラーサイエンス誌は伝えている。
2023年1月初旬にSpaceX社のファルコン9ロケットで打ち上げられるSSPD-1は、3つの実験を実施します。まず、軌道上展開型超軽量複合材（DOLCE）実験では、折り紙に着想を得た超軽量太陽電池構造の耐久性と効率を試験します。一方、ALBA実験では、32種類の太陽電池設計を試験し、宇宙に最適なものを特定します。さらに、低軌道電力伝送用マイクロ波アレイ（MAPLE）実験では、軌道上で収集した太陽エネルギーを地球に送り返すマイクロ波送信機を試験します。
最も重要なのは、MAPLEが初めて、太陽電池を用いて太陽エネルギーを集光し、マイクロ波ビームを介して地球へ送信できることを実証したことです。SSPD-1チームのメンバーは8ヶ月にわたり、MAPLEへの負荷を意図的に増加させ、その結果、エネルギー送信能力が低下しました。その後、チームは実験室でこの問題のシミュレーションを行い、原因は複雑な熱電相互作用とクラスター内の個々のコンポーネントの劣化にあることを突き止めました。
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電気・医療工学の教授であるアリ・ハジミリ氏は、この結果はMAPLEの多くのコンポーネントの設計を改良し、長期的なパフォーマンスを最大化するのに役立つと述べた。
衛星やその他の宇宙技術に使用されている今日の太陽電池は、地上設置型の太陽電池に比べて製造コストが10倍以上も高くなっています。カリフォルニア工科大学によると、これは主に、外層に張力成長と呼ばれる結晶膜の保護層を追加するコストによるものです。研究者たちはアルマ望遠鏡を用いて、ペロブスカイト太陽電池は地上では有望な設計である一方、宇宙では性能に大きな差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、追加の層を必要とせずに長期間にわたって確実に動作します。
DOLCEのチームは、すべてが計画通りに進んだわけではないことを認めています。当初は3～4日間の展開を予定していましたが、配線や機械部品の不具合など、いくつかの技術的な問題が発生しました。しかし、研究者たちは衛星カメラを用いて実験室で故障をシミュレーションすることで、これらの問題の解決に取り組みました。
しかし、SSPD-1が成功したとしても、衛星によって太陽エネルギーを効率的かつ手頃な価格で利用できるようになるまでには、まだ何年もかかるでしょう。これまでの推定では、宇宙における太陽光発電のコストは1kWhあたり1～2ドルとされていますが、米国では現在0.17ドル未満です。材料費は大幅に削減する必要がありますが、それでも宇宙における太陽放射と地磁気の活動に耐えられるだけの堅牢性が必要です。
宇宙太陽光発電が人類の持続可能なエネルギーインフラに貢献できるようになるまでには、解決すべき課題が数多くあります。SSPD-1がマイクロ波ビームで供給する電力は日常的な需要に比べるとごくわずかであり、宇宙太陽電池は数千メートルの幅が必要になります。また、強力なマイクロ波とレーザーを地球に送信する際には、重大な安全上の問題も存在します。SSPPチームは、軌道上太陽光発電所の実現に向けて、これらの課題を全て解決すべく取り組んでいます。
アン・カン（ポプシによると）
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