太陽光発電は持続可能な再生可能エネルギーだが、夜には発電できないのが弱点だ。だが宇宙でならば昼夜を問わずにほぼいつでもOKだ。
問題はその電気をどうやって地上に送るのかということ。そこで登場するのが、今回カリフォルニア工科大学の研究チームが成功した「無線送受電技術」だ。
これは、「マイクロ波の干渉」を利用したSF的な送受電技術で、電線などを1本も使わずに地上に電気を送ることができるという。
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宇宙から地球へ電気を無線送電する方法
この実験は、今年1月に打ち上げられた人工衛星「宇宙太陽光発電実証機SSPD-1」を利用して行われた。SSPD-1は、宇宙に存在する太陽光エネルギーを利用し、それを地球へ送ることを目指しており、2枚のソーラーパネルを翼のように生やしており、それで発電することができる。
Space Solar Power Demonstrator
そして、その電気を無線（ワイヤレス）送電するのが、今回の主役となるデバイス「MAPLE（Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment）」だ。
MAPLEは電気を一度マイクロ波に変換してから、その干渉を利用して遠く離れたところにエネルギーを送信する。
ちょっと静かな水面を思い浮かべてほしい。もしあなたが両手で同時に水面に触れたとしよう。すると2つの波紋が広がり、互いにぶつかり合うことだろう。
このとき波が正反対のタイミング……つまり片方の波が盛り上がり（山）、もう片方が下がっている（谷）タイミングでぶつかると、互いに打ち消しあって弱くなる（相殺的干渉）。
一方、まったく同じタイミング、どちらも山（あるいは谷）でぶつかると、波が増幅されて強くなる（建設的干渉）。
この性質をうまく利用すると、波のエネルギーはまったく失われないままに、そのエネルギーに指向性を与えることができる。
MAPLEの場合、2つの波ではなく、32個の送信機でマイクロ波をいくつも重ねて、送りたい方向とタイミングでそのエネルギーを送信する。
このマイクロ波を受信機で受け取り、再び電気に変換する。これがワイヤレス送受電技術の基本的な仕組みだ。
宇宙から地上に電気を無線送電することに成功
今回の実験では、まず送信機から30センチ離れたところに設置された受信機に無線送電を試し、見事にLEDを点灯させることに成功した。その後さらに宇宙から無線送電して、大学キャンパス内の建物屋上に設置した受信機でキャッチすることにも成功したそうだ。
MAPLE開発チームの中心人物アリ・ハジミリ教授はこの成功を受けて、「インターネットが情報へのアクセスを民主化したように、無線送電が電気へのアクセスを民主化するよう期待しています」とプレスリリースで語る。
「この電力を受け取るために、地上の電線は要りません。つまり人里離れた地域、あるいは戦争や自然災害で荒廃した地域などにも電気を送れるのです」
How Does Wireless Power Transfer Work?
日本でも進むSF的送受電技術
ちなみにこうした無線送受電技術は日本も実用化を目指しており、官民連携で2025年に試験な導入が計画されているそうだ。宇宙での太陽光発電は、設備の打ち上げコストこそかかるものの、太陽光パネルの稼働率が圧倒的に優れているため（地上14〜15%に対して、宇宙90%以上）、十分採算が取れるのだとか。
宇宙から電気を送るなどSF映画のような技術だが、もはや現実になりそうだ。そしてそんな未来的技術はこれだけではない。
たとえば身の回りにいくらでもある空気から発電する方法も開発されている。それは雷が発生するメカニズムを利用したやはり未来的な技術だ。
References:In a First, Caltech's Space Solar Power Demonstrator Wirelessly Transmits Power in Space | www.caltech.edu / written by hiroching / edited by / parumo
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コメント
1. 匿名処理班
屋根に太陽光パネル義務化とかやってる場合じゃないな
2. 匿名処理班
出力上げて攻撃につかえるんかな。
3. 匿名処理班
なんてこった、月ではないけどサテライトキャノンが現実化するなんて……。
4. 匿名処理班
凄いいい技術。山切り開いてソーラーよりこっちの方に投資してほしいね。
5. 匿名処理班
ガンダム的にいうとサテライトキャノンの技術か
6. 匿名処理班
送電がちょっぴりズレて人に当たって黒焼き、なんて事にならないもんかね
7. 匿名処理班
地球もダイソン球となっていくのかな。
8. 匿名処理班
24時間送電するなら静止軌道のような高軌道（36000km）へ打ち上げる必要があり、距離離れるとやはり送電効率は落ちる。
ただし、受信側の真上に来た時に送電すればいいから、低軌道（2000km）でもOK。
これ、兵器運用できそうな気がするな。敵国の人工衛星無力化とか。
9. 匿名処理班
ついにサテライトキャノンが…
10. 匿名処理班
まったくわからんけどすげー！！！
11. 匿名処理班
シムシティの災害でこんなのあったな
受電ミスって街を電子レンジされるやつ
12. 匿名処理班
マイクロ波は電子レンジで使われてるのと同じくらいの周波数帯だから、水があるとその分子を振動させ加熱する→熱エネルギーに変換されロストしてしまう、ということが考えられるね。
衛星と地上の受信装置の間に雲があったら、使えないのでは？
13. 匿名処理班
かなりの範囲の電子部品の寿命を激減させるだろ。
本末転倒だ。
14. 匿名処理班
サイレントメビウスにこんなのあったな
確か作中世界は2027年くらいだったけど、意外と現実やるもんだ
15. 匿名処理班
マイクロウェーブ送電そのものは、結構前に出来てるんだよね
今回のは、それを宇宙と地上とでやって成功させたという事で
間にマイクロ波を電気変換させる工程があるから
都市部で受信しても大丈夫かもしれないけど
まあ、実用化するなら、受信するのは太平洋上の孤島とかになりそう
16. 匿名処理班
テスラは時代を先取りしまくってたな。
利権に潰されない時代が来たというだけ。
17. 匿名処理班
日本でもJAXA主導でずっと研究していたけどフットワークが全然違うなぁ
さっくりと宇宙空間での実験送信まで先にやられてるじゃないか
日本だと下準備を含めてガッツリ技術を組上げて、実用段階になってからではないと衛星飛ばせないのは厳しいわ
18. 匿名処理班
実現したら原子炉使わずに済むのかな？
宇宙での効率が良くても無線送電で何％手に入るのかが問題だな
19. 匿名処理班
>>15
日本での想定だと海上に4km程度の電気受信システムを構築する予定。流石に人が多い場所では想定していない模様
あと最大の懸案であった巨大な太陽光パネルを構築するための衛星打ち上げ回数もイーロンのスペースXがクリアしている（再利用可能な打ち上げシステム）
あとスーパーヘビーが完全に実用化されたら、それこそ数回の打ち上げで実用化に必要なペイロードが打ちあがるんじゃないかな？
スーパーヘビーは2回打上げるだけでいまのISSが完成する程度の打ち上げ能力だし…
20. 匿名処理班
これすごい技術だけど
実用化できるのかな
素人知識だけどパネルとか送電装置が
太陽フレア浴びたら粉々になりそう
もちろん中身の話ね
地球は大気があるからフレアのダメージを軽減してるるけど
宇宙はむき出し
風も雨も空気がないから目に見える劣化は断然少ないだろうが
放射能漏れした原子力発電所にロボット投入したら中身的にズタボロになって機能しなくなった話なかった？
当たり前だけど宇宙は放射線まみれだからなぁ
21. 匿名処理班
ただ現時点では伝送効率があまり良くないらしいね。送電中の電力ロスが大きいらしい。距離が離れるほど損失も累乗的に大きくなるのがネック。
22. 匿名処理班
>>17
日本では宇宙開発の進め方は国会の宇宙開発委員会？だったかが決めてそれによって予算がつくから、検討、調査研究、設計、開発、実施と年単位でフェーズを進めていかないといけないのでどうしても時間がかかる。
23. 匿名処理班
ファイズドアレイ（空間合成）アンテナを使ってビームを
絞って地球の受信機に送るのね。
ロスが発生するが、 地上の通常の発電システムでも伝送線路で
ロスは発生するからね。
24. 匿名処理班
ダメダメこんな技術。
危険すぎる。事故が起きたらどうすんの？
一刻も早く研究を中止すべきだね
25. 匿名処理班
設備の防衛にとても難があるので、補助にはなってもメインにはなれないでしょうね
26. 匿名処理班
>>3
成功すればサテライトシステム。失敗すればサイクロプスよ。
27. 匿名処理班
>>20
深刻なダメージを受けるほどのフレアは
そこまで頻発しないはず。
既存の人工衛星も太陽光で動いてるものは多いし。
28. 匿名処理班
>>24
考えられる事故って何だろうか。
落下なら恐らく地上到達前にほぼ燃え尽きるよね。
29. 匿名処理班
つまり宇宙から地表に焦点合わせられる電子レンジだろ
そのまま攻撃転用できるじゃん
30. 匿名処理班
発電効率は良いのかもしれないけど送電効率はどうなのだろう？
スマホの非接触充電の距離ですらロスが大きいので、気になるところです
31. 匿名処理班
>>12
そんな問題があるのか
大規模に実用化されたら大気中の水蒸気の加熱で温暖化が進んだりして
32. 匿名処理班
> 太陽光発電は持続可能な再生可能エネルギーだが、夜には発電できないのが弱点だ。だが宇宙でならば昼夜を問わずにほぼいつでもOKだ。
間違っていると思うね
地球の自転周期と同じ周期で公転している静止衛星なら夜間は太陽に当たらない
衛星が宇宙にとどまっている場合なら地球が公転してるから地球に送電できない
どちらにしても不可能だろ
33. 匿名処理班
>>29
たしかにハッキングされて制御を奪われたら電子レンジ兵器として悪用される懸念はありますね
今回の件に限らず人工衛星のハッキングは世界的にも大きな懸念とされているため、米国宇宙軍もハッカーに人工衛星をハッキングさせるコンテストを開催したり等、ハッキングに備えた知見を得ようと模索していますね
34. 匿名処理班
>>7
ダイソンスフィアにするなら地球じゃなくて太陽（系）だろ
>>32
何言ってるかわからん
「衛星が宇宙にとどまる」ってなんだその超技術
35. 匿名処理班
シムシティでこんな発電所があったけどアイデアはそこから取ったのかな？
36. 匿名処理班
ギガントが飛び回りそうだな。まじで心配。
37. 匿名処理班
宇宙エレベーターが実現出来るなら送電線引っ張れるだろ
38. 匿名処理班
>>32
地球の赤道上の直径は約12,800km
静止軌道は赤道から約35,800km（地球の中心から約42,200km）
円の大きさがだいぶ違うので静止軌道上の物体が地球の影に入る区間はそんな長くない。
調べてみると、食は春分秋分を中心とした各6週間の深夜に発生するが、長い日でも1.5時間以内くらいらしい。
ttps://www.b-sat.co.jp/columns/358/
↑横軸のスケールがおかしくて気持ち悪いグラフだが。
この僅かな食すら厭うなら複数の衛星を配置すればいいだけじゃないかな。
39. 匿名処理班
なんかようわからんのやけど、地表で電波障害とか起きんの？
40. 匿名処理班
ひまわりなど既存の人工衛星から電波信号を地上に送るシステムも見方を変えると太陽光パネルで発電したエネルギー（電波）を地上に送ってるよね
41. 匿名処理班
>>37
送電線が自重で切れちゃう
42. 匿名処理班
>>38
食のことではない
静止衛星が１日中太陽に照らされていると思ってんのか？
静止衛星が停止している延長上の地球に夜が来る時間帯は、静止衛星も夜だ
つまり受電できない
当たり前のことだ
43. 匿名処理班
>>41
なら、宇宙エレベーターも絵に書いた餅じゃ
44. 匿名処理班
機器のメンテの度にコストが上乗せされて現実的じゃなくなりそう
遠いけど月面に置くしかないような
45.
46. 匿名処理班
>>42
38の貼ってくれてるページ見た？
静止衛星に太陽光が当たらなくなるのは年に2度の食の期間のみで
(その期間も1日に最大1時間ちょっと影に入るだけ)
それ以外は１日24時間ずっと太陽光が当たってるんだよ。
距離が離れると地球の影が小さくなるから
影に入る時間が短くなっていく。
月は夜でも見えるでしょ？
47. 匿名処理班
未来少年コナンの太陽エネルギーみたいな感じか
衛星からビームだして装置で受け止めるみたいな
48. 匿名処理班
月は出ているか
49. 匿名処理班
むしろ地上で、高い塔からあらゆる道路の自動車に電気を送ることが可能になる可能性が
膨大な蓄電池の研究が無になる
50. 匿名処理班
ダイソン球への夢に１歩近づいたな
51. 匿名処理班
ついにサテライトシステム完成か?!
52. 匿名処理班
825発電システムのムサイ、下がれ！ 影を落とすと出力が下がる！！
53. 匿名処理班
>>49
非常時に必要よー
54. 匿名処理班
>>29
SFだったら進化したAIがハッキングして人類を脅すパターン
55. 匿名処理班
「マイクロウェーブ、来る！！」
56. 匿名処理班
渡り鳥が焼き鳥になって降ってくる
57. 匿名処理班
Dr. ライト「市長、大変です！マイクロ波の照準がズレました！」
58. 匿名処理班
パ◯波研究所員 ｶﾞﾀｯ ｶﾞﾀｯ ｶﾞﾀｯｶﾞﾀｯ
59. 匿名処理班
>>13
そのような影響が出る根拠はどこから？
根拠あっての発言であっても、電子部品に影響ないようにケース部分に遮断する改良の研究技術が進歩するという事で、むしろメリットでは？
60. 匿名処理班
静止軌道に数トン上げるのに100億円くらいかな。まあ採算は合わない。一番安い技術しか勝たないので普通に屋根や野原に並ぶことになる
61. 匿名処理班
>>52 ゲルドルバ照準で
62.
63. 匿名処理班
現在の技術でももちろん実現可能だが、実用になる強度のマイクロ波メーザーは地上の人間を焼き払うレベルになる。
つまりこのシステムの実現は、技術的問題というよりは、軍事政治的な問題である。
64. 匿名処理班
聴く限りまだ無駄が大きそうな送電方法な気がする。
「だったら地上で原子力発電してた方が良くない？」って感じ。
攻撃に使う方が実用的なんじゃない？
65. 匿名処理班
>>37
実際軌道エレベーターが完成したら、宇宙で受けて線を軌道エレベーター伝いで這わすだろうね
66. 匿名処理班
>>60
JAXAの計画だと確か全システムが30tぐらいだったはずなので、GTOへの投入は約26トンのファルコム・ヘビーではちょっと足りない
ちなみにファルコム・ヘビーの打ち上げ費用は約9000万ドルだから約120億円ぐらい
ただいま開発中のスーパー・ヘヴィだとLEOへ250トン。GTOへはまだ不明だが1/3ぐらいになるとしても75トンなので突然現実味を帯びてくる
ちなみに予定費用は1000万ドル（日本円で約14億円）という破格な値段になる。価格…本当か？ 正気かイーロン？
67. 匿名処理班
>>43
軌道を昇降するクライマーの重量は数トンから数十トン
重力もろもろの細かい事は抜きにすると
軌道エレベーターを構成するカーボンナノチューブの自重+クライマーの重量だけの場合に比べて
送電線として導電性能の高い銅を軌道エレベーターを構成するカーボンナノチューブと同じ距離を併設した場合の総重量はクライマーの重量とは比べ物にならない重量になるかと
おそらく宇宙まで伸びる送電線は自らの重さに耐えきれずに途中で切れて落ちてくると思います
68. 匿名処理班
「遥かなる星」だなあ。とはいえモーガンステイン少佐がもう大将になっちまってる時期なんだが…
（こっちではそもそも最初から入隊しとらんか）
69. 匿名処理班
問題は静止軌道は有限の資源で今でも結構キツキツだって事。商業レベルの太陽光発電はパネルがかなりの面積になるはずだが宇宙的には点なのでニアミスはあんまり心配ない。むしろスペースデブリで時間経過によって壊れて行くので採算性が心配
地表の人がレンチンされる！って心配は受信装置をある程度広く作れば大丈夫だと思う。受信側が広ければパワーを分散できるから人に害がある周波数を十分避けれるはず。