태양 에너지를 수집하여 지구로 전송하는 기술의 실현 가능성을 테스트하는 궤도 위성이 1년간의 임무를 성공적으로 완료했습니다.
저궤도에서의 태양 우주 전력 시범 위성 시뮬레이션. 사진: 캘리포니아 공과대학
캘리포니아 공과대학(Caltech)이 1월 16일에 발표한 임무 요약에 따르면, 태양 우주 전력 시연기(SSPD-1) 프로젝트를 담당한 엔지니어들은 50kg 위성 프로토타입에 장착된 3개의 장치가 모두 성공적으로 작동하는 것으로 평가했으며, 이 프로젝트가 "우주에서 태양 에너지의 미래를 열어줄 것"이라고 믿는다고 Popular Science가 보도했습니다.
2023년 1월 초 SpaceX Falcon 9 로켓에 실려 발사된 SSPD-1은 세 가지 실험을 수행할 예정입니다. 첫째, Deployable on-Orbit ultraLight Composite(DOLCE) 실험은 종이접기에서 영감을 받은 초경량 태양 전지 구조의 내구성과 효율을 시험합니다. 둘째, ALBA 실험은 32가지 태양 전지 디자인을 시험하여 우주에 가장 적합한 디자인을 결정합니다. 셋째, 저궤도 전력 전송용 마이크로파 배열(MAPLE) 실험은 궤도에서 수집된 태양 에너지를 지구로 다시 발사하는 마이크로파 송신기를 시험합니다.
가장 중요한 것은 MAPLE이 태양 전지를 사용하여 태양 에너지를 수집하고 마이크로파 빔을 통해 지구로 전송할 수 있음을 최초로 입증했다는 것입니다. 8개월 동안 SSPD-1 팀원들은 의도적으로 MAPLE에 가해지는 부하를 증가시켰고, 이로 인해 MAPLE의 에너지 전달 능력이 저하되었습니다. 이후 연구팀은 실험실에서 문제를 시뮬레이션하여 그 원인이 복잡한 열-전기적 상호작용과 클러스터 내 개별 구성 요소의 약화에 있음을 확인했습니다.
캘리포니아 공과대학(Caltech)의 우주 태양광 발전 프로젝트(SSPP) 공동 책임자이자 전기 및 의료공학 교수인 알리 하지미리는 "이번 연구 결과는 MAPLE의 여러 구성 요소의 설계를 개선하여 장기적인 성능을 극대화하는 데 도움이 될 것"이라고 말했습니다.
오늘날 위성 및 기타 우주 기술에 사용되는 태양 전지는 지상 기반 태양 전지보다 생산 비용이 10배 이상 높습니다. 캘리포니아 공과대학(Caltech)은 이러한 비용이 주로 외층에 인장 성장(tensile growth)이라고 불리는 결정질 필름 보호층을 추가하는 비용 때문이라고 설명합니다. 연구진은 ALMA를 사용하여 페로브스카이트 태양 전지가 지구에서는 유망한 설계이지만 우주에서는 성능에 큰 차이가 있음을 확인했습니다. 반면, 갈륨비소 전지는 추가 층이 필요 없이 장기간 안정적으로 작동합니다.
DOLCE의 경우, 연구팀은 모든 것이 계획대로 진행되지는 않았다고 인정했습니다. 당초 3~4일 동안 운용될 예정이었지만, DOLCE는 배선 및 기계 부품 결함 등 여러 가지 기술적 문제에 직면했습니다. 그러나 연구진은 위성 카메라를 사용하여 실험실에서 오작동을 시뮬레이션하는 방식으로 문제를 해결하기 위해 노력했습니다.
하지만 SSPD-1이 성공하더라도, 위성을 통해 태양 에너지를 효율적이고 저렴하게 이용할 수 있기까지는 여전히 수년이 걸릴 것입니다. 이전 추정에 따르면 우주에서의 태양 에너지 비용은 kWh당 1~2달러였지만, 현재 미국에서는 kWh당 0.17달러 미만입니다. 재료 비용은 크게 낮아져야 하지만, 우주의 태양 복사와 지자기 활동을 견딜 수 있을 만큼 견고해야 합니다.
우주 태양광 발전이 인류의 지속 가능한 에너지 기반 시설에 기여하기 위해서는 해결해야 할 다른 많은 문제들이 있습니다. SSPD-1이 마이크로파 빔을 통해 전달하는 전력량은 일상적인 수요에 비해 미미하며, 우주 태양 전지는 폭이 수천 미터에 달해야 합니다. 또한 강력한 마이크로파와 레이저를 지구로 전송할 때 심각한 안전 문제도 있습니다. SSPP 팀은 궤도 태양광 발전소가 현실화되기 전에 이러한 모든 문제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다.
안캉 ( 팝시지 에 따르면)
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