衛星太陽光発電システムとは何ですか?宇宙発電所はSFか現実か？

「宇宙発電所」とも呼ばれる衛星太陽光発電システムは、すぐにSFの世界を思い起こさせる技術が詰まった名前だが、これはSFではなく現実だ。さらに驚くべきことは、1968 年にはすでに衛星太陽光発電システムが特許を取得しており、この特許の所有者が航空宇宙技術者のピーター・グレイザーであったことです。

ピーター・グレイザー氏は「宇宙発電所」の特許所有者だが、このコンセプトを提案したのは彼が初めてではない。宇宙発電所の歴史は 1941 年にまで遡ります。この概念を最初に提案したのは、有名な SF 作家のアイザック・アシモフでした。衛星太陽光発電システムとは何でしょうか?実は、その名前の通り、宇宙空間で太陽エネルギーを集めるシステムなのです。もっと簡単に言えば、宇宙に太陽電池パネルを設置することです。地上で太陽エネルギーを集めるだけで十分ではないでしょうか?なぜ太陽電池パネルを宇宙に移動させなければならないのでしょうか?これは、地上で収集できる太陽エネルギーの量が非常に限られているためです。

太陽は水素の核融合を通じて毎瞬膨大な量のエネルギーを放出しています。現在の人類のエネルギー消費率に基づくと、太陽が 1 秒間に放出するエネルギーは、全人類が 25 万年にわたって使用できます。

太陽から放出されるエネルギーは非常に大きいため、物理学者フリーマン・ダイソンは、太陽のエネルギーを集めるために太陽の周囲にエネルギー収集装置を構築するという有名な「ダイソン球」の概念を提唱しました。現在、人類はダイソン球を第二宇宙文明実現の象徴とみなしている。最初の宇宙文明にまだ到達していない人類にとって、ダイソン球の概念は明らかにあまりにも前衛的すぎる。ダイソン球は不可能だが、宇宙発電所を建設することは可能だ。太陽電池パネルを宇宙に移動する必要がある理由は、地上では多くのエネルギーを集めることができないからです。太陽が毎秒地球に伝えるエネルギーをワットで計算すると、約1兆7000億ワットになります。こんなにたくさんのエネルギーがあれば、どれだけ集められるのでしょうか?

わが国の内モンゴル自治区アルシャー左旗の南西部と中部国境には、総面積43,000平方キロメートルの砂漠地帯があります。私たちはそれを「テンゲル砂漠」と呼んでいます。ここで、我が国は世界最大の発電能力を誇る太陽光発電所を建設しました。 43平方キロメートルのエリアに、見渡す限り太陽光発電パネルが整然と並んでいます。この太陽光発電所は、国に1,500メガワットの発電を供給します。

この数字は印象的ですが、太陽が私たちに与えてくれるエネルギーに比べれば微々たるものです。これは、厚い大気が地球の外側の大量の太陽エネルギーを遮るため、太陽電池パネルを宇宙に移動する必要があるためです。現代の人間にはこの能力があるのでしょうか?はい、本当です。現在の工学技術のレベルは、宇宙発電所の建設のニーズを完全に満たすことができます。そのため、我が国を含め多くの国々が宇宙発電所の実現可能性調査を行っています。いくつかの国では、関連する探査研究を行うために探査機を打ち上げているところもあります。

宇宙発電所を建設することは難しくないが、集めた太陽エネルギーを送り返すことが問題である。

最も簡単な方法は、マイクロ波を使用してエネルギーを送り返すことです。マイクロ波は地球の大気に吸収されないため、宇宙発電所を静止軌道などのより高い場所に設置することができます。宇宙発電所を静止軌道に配置する利点は、発電所が地球を周回する必要がなく、常に地球に対して同じ位置にあることができるため、地上に対応するマイクロ波受信装置を構築するだけで済むことです。しかし問題は、伝送距離が長くなるにつれてマイクロ波が外側に拡散するため、地上受信装置も直径が数キロメートル、場合によっては十数キロメートルと非常に大きくならなければならないことです。

これほど大きな地上受信装置を構築したくない場合は、エネルギーを送り返すためにレーザーを使用することしかできません。レーザーは発散しないので、非常に小さな受信機のみが必要ですが、問題はレーザーが大気に吸収されることです。損失を減らすためには、宇宙発電所の高さを下げるしかありません。

宇宙発電所の高度が低くなったため、静止軌道上に設置することができません。落下を避けるためには地球の周りを周回することしかできず、回転速度は十分に速くなければなりません。そのため、宇宙発電所の運用軌道と反対側のエリアに、地上受信装置を多数設置する必要があります。これも非常に困難であり、複雑な国際協力の問題を伴います。

もちろん、宇宙発電所で集められたエネルギーは送り返す必要はなく、「集めてすぐに使う」こともできます。どこで使われていますか?飛行機に搭載される電気自動車はますます普及していますが、電気飛行機の進歩は遅いです。その理由は、バッテリーのエネルギー密度が低く、飛行機にバッテリーを搭載するとバッテリー自体の負荷が大幅に増加するためです。しかし、飛行機にレーザーエネルギー受信装置を直接設置すれば、宇宙発電所で受信したエネルギーを飛行機に直接送信することができます。問題は解決され、一石二鳥となるでしょう。一方で、電気飛行機は電力問題を解決し、他方では宇宙発電所はエネルギー回収の問題も解決します。したがって、将来的には、宇宙発電所が電気航空機と連携して登場する可能性が高いでしょう。

詳細については、公式アカウントをフォローしてください：sunmonarch