우주 태양광 발전

Space-based solar power
다음 항목도 참조하십시오.우주선의 태양 전지판
NASA 통합 대칭 콘센트레이터 SPS 개념
기타 용도는 SBSP를 참조하십시오.

우주기반태양광발전(SBSP, SSP)은 태양발전위성(SPS)에 의해 우주공간에서 태양에너지를 모아 지구로 전달하는 개념이다.이것의 장점은 대기에 의한 반사와 흡수가 부족하기 때문에 더 높은 에너지 수집, 밤이 없을 가능성, 그리고 태양을 향하도록 방향을 잡는 더 나은 능력을 포함한다.우주 기반의 태양 에너지 시스템은 햇빛을 대기를 통해 지구 표면의 리시버로 전달될 수 있는 다른 형태의 에너지로 변환합니다.그것은 인위적인 기후 변화나 화석 연료 고갈(피크 오일 등)에 대한 대규모 해결책을 찾는 사람들에게 매력적이다.

1970년대 [1][2]초부터 다양한 SBSP 제안이 연구되어 왔지만, 오늘날 우주 발사 비용으로는 어느 것도 경제적으로 실현 가능하지 않다.일부 기술학자들은 먼 미래에 소행성이나 달 물질로 우주 제조를 하거나 로켓 발사 이외의 급진적인 새로운 우주 발사 기술을 통해 이것이 바뀔 것이라고 추측한다.

SBSP는 비용 외에도 궤도에서 에너지를 전달하는 문제를 포함한 몇 가지 기술적 장애물을 도입한다.현재 기술로는 지표에서 궤도 위성으로 확장되는 와이어가 가능하지 않기 때문에, SBSP 설계에는 일반적으로 무선 전력 전송과 그에 따른 변환 비효율성이 포함되며, 안테나 스테이션이 지구 표면에서 에너지를 수신하기 위한 토지 이용에 대한 우려가 포함된다.이 수집 위성은 태양 에너지를 전기에너지로 변환하여 마이크로파 송신기 또는 레이저 이미터에 전력을 공급하고 이 에너지를 지구 표면의 수집기(또는 마이크로파 정류기)로 전송할 것이다.픽션의 외관과는 달리, 대부분의 디자인은 인간이 실수로 노출되어도 해가 되지 않는 빔 에너지 밀도를 제안한다. 예를 들어, 송신 위성의 빔이 코스를 벗어나 방황하는 경우 등이다.그러나 수신 안테나의 크기가 방대하기 때문에 최종 사용자 근처에 대규모 토지가 필요합니다.SBSP는 방사선 및 미세 운석 손상으로 인한 저하를 포함하여 우주 환경에 장기간 노출될 경우 공간 기반 수집기의 수명도 우려할 수 있다.

2020년 현재, SBSP는 일본,[3] 중국, 러시아, 인도, 영국[4], 미국에서 적극적으로 추진되고 있다.

일본은 2008년 우주 태양광 발전을 국가 목표로[5] 하는 우주기본법을 통과시켰고, JAXA는 SBSP 상용화 로드맵을 가지고 있다.

2015년, 중국우주기술원(CAST)은 국제우주개발회의에서 그들의 로드맵을 공개했다.2019년 2월, 중국 과학기술부 관영 신문인 과기보(科氣報, Keji Ribao)는 충칭(重慶)시 비산( district山)구에 시험 기지 건설이 시작됐다고 보도했다.CAST의 리밍 부주석은 중국은 실용적인 가치를 지닌 우주 태양광 발전소를 건설하는 첫 번째 국가가 되기를 기대한다고 말한 것으로 전해졌다.중국 과학자들은 2021년에서 [6][7]2025년 사이에 여러 개의 중소형 우주 발전소를 발사할 계획이라고 보도되었다.2019년 12월, 신화통신은 중국이 [8]2035년까지 지구에 메가와트(MW)의 전기를 생산할 수 있는 200톤짜리 SBSP 기지를 출범시킬 계획이라고 보도했다.

2020년 5월, 미국 해군 연구소는 [9]인공위성의 태양광 발전 테스트를 최초로 실시했습니다.2021년 8월 캘리포니아 공과대학(Caltech)은 2023년까지 SBSP 테스트 어레이를 출시할 계획이라고 발표했으며, 동시에 2013년부터 Donald Bren과 그의 아내 Brigitte가 모두 Caltech의 우주 기반 태양광 발전 프로젝트에 1억 [10]달러 이상을 기부했다고 밝혔다.

역사

레이저 파일럿 빔이 극초단파 전력 전송을 렉테나로 유도합니다.

1941년 과학소설 작가 아이작 아시모프는 태양으로부터 모은 에너지를 마이크로파 빔을 이용해 여러 행성에 전달하는 공상과학 단편소설 '이유'를 출간했다.원래 위성 태양광 발전 시스템(SSPS)으로 알려진 SBSP 개념은 [11]1968년 11월에 처음 설명되었다.1973년 피터 글레이저는 위성에 있는 매우 큰 안테나에서 [12]지상에 있는 훨씬 더 큰 안테나로 알려진 마이크로파를 사용하여 장거리(예: SPS에서 지구 표면까지)에 걸쳐 전력을 전송하는 그의 방법으로 미국 특허 번호 3,781,647을 받았다.

글레이저는 아서 D의 부사장이었다. Little, Inc. 나사는 1974년 ADL과 계약을 체결하여 다른 4개 회사를 더 광범위한 연구에서 이끌었습니다.그들은 이 개념이 주로 필요한 물질을 궤도에 올리는 비용과 우주에서의 이런 규모의 프로젝트에 대한 경험 부족이라는 몇 가지 주요 문제를 안고 있지만, 더 많은 조사와 연구를 [13]할 가치가 있다는 것을 충분히 보여주었다.

개념 개발 및 평가 프로그램

1978년과 1986년 사이에 의회는 에너지부와 NASA가 이 개념을 공동으로 조사할 수 있도록 승인했다.그들은 위성 전력 시스템 개념 개발 및 평가 프로그램을 [14][15]조직했다.이 연구는 지금까지 수행된 것 중 가장 광범위하다(예산 5천만 [16]달러).이러한 프로젝트의 공학적 타당성을 조사하는 여러 보고서가 발표되었습니다.다음과 같은 것이 있습니다.

태양광 발전 위성에 대한 아티스트의 컨셉이 있습니다.마이크로파 송신 안테나의 어셈블리를 나타냅니다.태양 발전 위성은 지구 표면에서 35,786 킬로미터 (22,236 mi) 위의 지구 동기 궤도에 위치할 예정이었다.NASA 1976
  • 자원 요건(중요 재료, 에너지, 토지)[17]
  • 재무/관리[18][19] 시나리오
  • 공개[20] 수용
  • 위성 전력 시스템 마이크로파 수신 안테나 설비에[21] 적용되는 국가 및 지방 규제
  • 학생[22] 참가
  • SBSP 송전용[23] 레이저의 가능성
  • 국제[24][25] 협정
  • 집중화/분할화[26]
  • Rectenna[27] 사이트의 제외 영역 매핑
  • 배치와[28] 관련된 경제 및 인구학적 문제
  • 몇 가지 질문과 답변[29]
  • 레이저빔의 전파와 직접 태양펌프레이저에[30] 대한 기상학적 영향
  • 공개 활동 실험[31]
  • 송수신 기술 개요 및 평가[32]
  • 우주[33] 수송

중단

이 프로젝트는 1980년 미국 선거 이후 정권이 바뀌면서 계속되지 않았다.Office of Technology Assessment는 다음과 같이 결론을 내렸습니다.「SPS의 기술적, 경제적, 환경적 측면에 대해서는, 현재 거의 알려져 있지 않기 때문에, SPS의 개발 및 도입을 진행시킬지 어떨지, 적절한 결정을 내릴 수 없습니다.게다가 더 이상의 연구가 없다면 SPS 데모나 시스템 엔지니어링 검증 프로그램은 고위험 [34]모험이 될 것입니다."

1997년에 NASA는 SBSP의 실현 가능성을 조사하기 위해 "신선한 외관" 연구를 실시했습니다.NASA는 DOE 연구 이후 "What's changed"를 평가하면서, "미국 국가 우주 정책은 이제 NASA가 ETO[지구 대 궤도] 운송 비용을 극적으로 낮추기 위해 (특정 차량이 아닌) 기술에 상당한 투자를 하도록 요구하고 있다"고 단언했습니다.물론 이것은 우주 태양광 [35]발전의 절대적인 요건입니다."

반대로, NASA의 Pete Worden은 우주에 기반을 둔 태양 에너지가 애리조나 사막에서 나오는 태양 에너지보다 약 5배 더 비싸며, 주요 비용은 궤도로 물질을 운반하는 것이라고 주장했다.Worden은 가능한 해결책을 추측성이라고 언급했으며,[36] 아무리 빨라도 수십 년 동안은 사용할 수 없을 것입니다.

2012년 11월 2일, 중국은 SBSP를 언급하는 인도와의 우주 협력을 제안했다. "인도와 중국 모두 적절한 자금과 함께 우주 태양광 발전을 [37]지구로 가져오는 다른 의지의 우주 개발 국가들과 함께 장기간 협력할 수 있도록 하기 위한 우주 기반 솔라 파워 이니셔티브가 될 수 있다.

탐색적 연구 및 기술 프로그램

주요 기사: 우주 태양광 발전 탐사 연구 및 기술 프로그램
SERT 통합 대칭 콘센트레이터 SPS 개념.NASA

1999년, NASA의 우주 태양광 발전 탐사 연구 및 기술 프로그램(SERT)은 다음과 같은 목적으로 시작되었습니다.

  • 선택된 비행 시연 개념의 설계 연구를 수행합니다.
  • 일반 타당성, 설계 및 요건에 대한 연구를 평가합니다.
  • 고도의 SSP 테크놀로지를 사용하여 미래의 공간 또는 지상 애플리케이션에 도움이 되는 서브시스템의 개념 설계를 작성합니다.
  • (국제 파트너와 협력하는) 미국이 적극적인 테크놀로지 이니셔티브를 실시하기 위한 사전 행동 계획을 책정한다.
  • 중요 우주 태양광 발전(SSP) 요소를 위한 기술 개발 및 시연 로드맵을 구축합니다.

SERT는 미래의 기가와트 우주 전력 시스템을 위한 태양광 발전 위성(SPS) 개념 개발에 착수해 태양의 에너지를 변환해 지구 표면에 쏘아 올려 전력을 공급하고, 현재의 기술을 활용할 수 있는 개념 개발 경로를 제공했다.SERT는 태양광을 전기로 변환하기 위해 집광렌즈나 태양열 엔진을 갖춘 팽창식 태양광 고시머 구조를 제안했다.이 프로그램은 태양 동기 궤도와 지구 동기 궤도의 시스템을 모두 조사했다.SERT의 결론은 다음과 같습니다.

  • 세계 에너지 수요의 증가는 수십 년 동안 계속될 것이며, 이로 인해 모든 규모의 새로운 발전소가 건설될 것이다.
  • 이러한 발전소의 환경적 영향과 세계 에너지 공급 및 지정학적 관계에 미치는 영향은 문제가 될 수 있다.
  • 재생 에너지는 철학적으로나 공학적으로나 설득력 있는 접근법입니다.
  • 많은 재생 에너지원은 고유의 토지 및 물 요건 때문에 글로벌 산업 발전과 번영에 필요한 기본 부하 전력을 저렴하게 제공할 수 있는 능력이 제한된다.
  • 개념 정의 연구에 근거해, 우주 태양광 발전의 개념은 논의에 재진입할 준비가 되어 있을 것이다.
  • 태양광 발전 위성은 생산적인 발전소의 배치를 시작하기 전에 고정 인프라에 상상할 수 없을 정도로 큰 초기 투자를 필요로 한다고 더 이상 생각해서는 안 된다.
  • 우주 태양광 발전 시스템은 다른 접근법에 비해 많은 중요한 환경적 이점을 가지고 있는 것으로 보인다.
  • 우주 태양광 발전 시스템의 경제적 실행가능성은 많은 요인들과 다양한 신기술의 성공적인 개발에 달려있다. (그것들 중 적지 않은 것은 사용 가능한 것보다 훨씬 낮은 비용으로 우주에 접근할 수 있다는 것이다.) 하지만, 다른 많은 발전된 전력 기술 옵션에서도 마찬가지라고 말할 수 있다.
  • 우주 태양광 [38]발전은 21세기의 에너지 수요를 충족시킬 수 있는 선택지 중 중요한 후보로 떠오를 수 있다.
  • SPS가 경제적으로 [16]실현 가능하려면 낮은 지구 궤도에서 지구 동기 궤도에 이르는 페이로드의 kg당 $100 - $200 범위의 발사 비용이 필요하다.

항공 우주 개발 기구

2014년 5월 IEEE Spectrum 잡지에 Susumu Sasaki의 [39]장문의 기사 "It's Always Sunny in Space"가 실렸다.기사는 "이것은 수십 년 동안 많은 이전 연구와 공상과학 소설의 주제였지만, 도쿄에 본부를 둔 일본항공우주연구개발기구(JAXA)의 연구원들의 제안에 따르면, 우주에 기반을 둔 태양 에너지가 마침내 실현될 수 있을 것이다."라고 말했다.

JAXA는 2015년 3월 12일 전기를 마이크로파로 변환한 후 다시 전기로 전환하여 소형 수신기에 무선으로 1.8킬로와트를 50미터 전송했다고 발표했다.이 전원 [40][41]타입의 표준 플랜입니다.2015년 3월 12일, 미쓰비시 중공업은 500미터([42]m) 떨어진 리시버 유닛에 10킬로와트(kW)의 전력을 송신하는 것을 시연했다.

장점과 단점

이점

SBSP 개념은 우주가 태양 에너지 수집에 있어 지구 표면에 비해 몇 가지 주요 이점을 가지고 있기 때문에 매력적이다.

  • 우주에서는 항상 태양 정오이고 태양은 가득하다.
  • 대기 가스, 구름, 먼지 및 기타 기상 이벤트와 같은 장애물이 없기 때문에 표면을 채집하는 데 훨씬 더 강한 햇빛을 받을 수 있다.따라서 궤도의 강도는 지구 [citation needed]표면의 최대 강도의 약 144%입니다.
  • 인공위성은 99% 이상의 시간 동안 조명될 수 있으며, 지역 [43]자정에 춘분과 추분점에 지구의 그림자에 하룻밤에 최대 72분 동안만 있을 수 있다.궤도를 도는 위성은 일반적으로 하루에 24시간 동안 지속적으로 높은 수준의 태양 방사선에 노출될 수 있는 반면, 지구 표면 태양 전지판은 현재 하루 [44]평균 29%의 전력을 모은다.
  • 전력은 비교적 신속하게 가장 필요한 지역으로 직접 이동할 수 있습니다.집전 위성은 지리적 베이스로드 또는 피크 부하 전력 수요에 따라 온 디맨드의 전력을 다른 지표면 위치로 유도할 수 있다.
  • 식물과 야생동물의 간섭 감소.

단점들

SBSP 개념에는 다음과 같은 문제도 있습니다.

  • 인공위성을 우주로 쏘아 올리는데 드는 막대한 비용.6.5kg/kW의 경우 전력 비용이 경쟁력을 갖추려면 GEO에 전력 위성을 배치하는 비용은 200달러/kg을 초과할 수 없습니다.
  • 극초단파 광섬유에는 에어리 디스크 빔이 확산되어 GW 스케일이 필요합니다.일반적으로 2.45GHz의 1km 전송 원반은 지구 거리에서 10km까지 퍼져나갑니다.
  • 작은 빔 각도 내에서 동력 전달을 제한할 수 없습니다.예를 들어 정지 고도에서 수신 안테나 목표물을 1km 이내로 유지하려면 0.002도(7.2초)의 빔이 필요합니다.2019년 현재 최신 지향성 무선 전력 전송 시스템은 절반의 전력 빔 폭을 최소 0.9 [45][46][47][48]아크로 확장합니다.
  • 접근 불능: 지구 기반 태양 전지판의 유지보수는 비교적 간단하지만, 우주에서의 태양 전지판의 건설과 유지보수는 일반적으로 원격 로봇으로 이루어집니다.비용 외에도, GEO(지질 동기 지구 궤도)에서 일하는 우주비행사들은 허용할 수 없을 정도로 높은 방사선 위험과 위험에 노출되어 있으며, 원격 동기로 수행하는 동일한 작업보다 약 1,000배 더 많은 비용이 든다.
  • 우주 환경은 적대적이다; PV 패널은 지구보다 약 8배 더 열화된다([49]자기권에 의해 보호되는 궤도는 제외).
  • 우주 파편은 특히 2000km 이하의 파편을 통해 운송 중인 SBSP 시스템과 같은 대형 구조물에 큰 위험이 된다.모든 위성이 동일한 [50]속도로 동일한 방향으로 이동하기 때문에 GEO에서 충돌 위험이 훨씬 감소합니다.
  • 마이크로파 다운링크(사용하는 경우)의 브로드캐스트 주파수에서는 SBSP 시스템을 다른 위성으로부터 분리해야 합니다.GEO 공간은 이미 잘 사용되고 있기 때문에 ITU-R과의 [51]조정이 필요합니다.
  • 지상에 있는 수신 스테이션의 큰 크기와 그에 상응하는 비용.SBSP 연구원 Keith Henson은 5GW에 대해 10억달러로 추정했습니다.
  • 광자에서 전자로, 광자에서 [52]전자로 변환하는 여러 단계의 에너지 손실.
  • 우주 전력 시스템에서의 폐열 처리는 처음에는 어렵지만, 우주선 전체가 가능한 한 많은 태양 복사를 흡수하도록 설계되면 다루기 어려워진다.방사 베인과 같은 전통적인 우주선 열 제어 시스템은 태양 전지판 폐색이나 전력 송신기를 방해할 수 있다.

설계.

아티스트의 컨셉은 LEO에서 GEO로 가는 공간 견인기 위에 있는 솔라 디스크입니다.

우주 기반 태양광 발전은 기본적으로 세 가지 [2]요소로 구성됩니다.

  1. 태양전지 또는 열시스템용 히터에 반사경 또는 팽창식 거울을 사용하여 우주에서 태양에너지를 모으는 것
  2. 마이크로파 또는 레이저를 통한 지구로의 무선 전력 전송
  3. 지구에서 리테나를 통해 전력을 공급받는 마이크로파 안테나

공간 기반 부분은 (상대적으로 약한 조석 응력을 제외하고) 중력에 대해 자신을 지지할 필요가 없다.그것은 지상풍이나 날씨로부터 보호할 필요가 없지만, 마이크로미터와 태양 플레어와 같은 우주 위험에 대처해야 할 것이다.태양광 발전(PV)과 태양 동력학(SD)의 두 가지 기본적인 변환 방법이 연구되었다. SBSP의 대부분의 분석은 태양 전지를 이용한 태양광 발전 변환에 초점을 맞추고 있다.솔라 다이내믹스는 거울을 사용하여 빛을 보일러에 집중시킵니다.태양열 동력을 사용하면 와트당 질량을 줄일 수 있다.무선 전력 전송은 다양한 주파수의 마이크로파 또는 레이저 방사선을 사용하여 수집에서 지구 표면으로 에너지를 전달하는 수단으로 초기에 제안되었습니다.

마이크로파 송전

윌리엄 C. 브라운은 1964년 월터 크롱카이트의 CBS 뉴스 프로그램에서 마이크로파 빔으로 비행에 필요한 모든 전력을 공급받는 마이크로파 동력 모델 헬리콥터를 시연했다.1969년부터 1975년까지 Bill Brown은 JPL Raytheon 프로그램의 기술 책임자로 재직하여 1.6km(1마일) 거리에서 9.6%의 [53][54]효율로 30kW의 전력을 방출했습니다.

수십 킬로와트의 마이크로파 전력 전송은 캘리포니아의 골드스톤(1975년)[54][55][56]과 리유니언 섬의 그랜드 배신(1997년)[57]의 기존 테스트에서 잘 입증되었다.

레이저와 마이크로파 전력 전송의 비교.NASA 다이어그램

최근에는 존 C의 팀에 의해 마우이의 산꼭대기와 하와이 섬(92마일) 사이의 태양 에너지 포획과 함께 극초단파 전력 전송이 시연되었습니다. 맨킨스.[58][59]2010년 IEEE 심포지엄에서 개최된 "태양광 전력 전송을 위한 전자 무선 시스템 분석" 특별 세션에서 입증되었듯이 어레이 레이아웃, 단일 방사선 소자 설계 및 전체적인 효율성의 측면에서 기술적 난제는 현재 연구 대상이다.m(안테나 및 전파).[60]2013년에는 우주에서 지상으로의 극초단파 전력 전송과 관련된 기술과 문제를 다루는 유용한 개요가 출판되었다.SPS 소개, 현재 조사 및 미래 [61]전망 등이 포함되어 있습니다.또한,[62] 극초단파 전력 전송을 위한 안테나 어레이 설계를 위한 현재의 방법론 및 기술에 대한 검토가 IEEE 회보에 제시되었다.

레이저 전력 송출

레이저 파워 빔은 NASA의 일부 사람들에 의해 우주의 산업화를 위한 디딤돌로 생각되었다.1980년대에 NASA의 연구원들은 주로 태양 에너지 레이저 개발에 초점을 맞추어 우주 대 우주 전력 송출을 위한 레이저의 잠재적 사용에 대해 연구했다.1989년, 지구에서 우주로 레이저로 에너지를 유용하게 보낼 수 있다는 것이 제안되었다.1991년에 SELENE 프로젝트(SpacE Laser ENErgy)가 시작되었습니다.이 프로젝트에는 달 기지에 전력을 공급하기 위한 레이저 파워 빔의 연구가 포함되어 있습니다.SELENE 프로그램은 2년에 걸친 연구 활동이었지만, 컨셉을 운용 상태로 만들기 위한 비용이 너무 높았고, 1993년에 공식 프로젝트는 우주 기반 [63]시연에 도달하기 전에 종료되었다.

궤도 위치

정지궤도에 우주발전소를 배치하는 주된 장점은 안테나 형상이 일정하게 유지되고 안테나를 정렬하는 것이 더 간단하다는 것입니다.또 다른 장점은 첫 번째 우주 발전소가 궤도에 오르자마자 거의 연속적인 전력 송신을 즉시 이용할 수 있다는 것이다. LEO는 거의 연속적인 전력을 생산하기 전에 여러 개의 위성을 필요로 한다.

정지궤도에서 마이크로파를 통한 전력 송출은 필요한 '광학적 개구' 크기가 매우 크다는 어려움을 수반합니다.예를 들어, 1978년 NASA SPS 연구에서는 2.45GHz의 마이크로파 빔에 1km 직경의 송신 안테나와 10km 직경의 수신 리텐나가 필요했다.이러한 크기는 대기 흡수를 증가시키고 비나 물방울에 의해 빔이 차단될 수 있지만 더 짧은 파장을 사용하면 어느 정도 줄일 수 있습니다.얇은 배열 저주로 인해 여러 작은 위성들의 빔을 조합하여 더 좁은 빔을 만들 수 없습니다.송수신 안테나의 사이즈가 크다는 것은 SPS의 최소 실용 전력 레벨이 반드시 높다는 것을 의미합니다.소형 SPS 시스템은 가능하지만 [original research?]경제성은 떨어집니다.

저궤도(LEO) 우주 발전소의 집합체가 GEO(Geotry Orbit) 우주 기반 태양광 [64]발전의 전조로 제안되었다.

지구 기반 수신기

지구 기반 리텐나는 다이오드를 통해 연결된 많은 짧은 다이폴 안테나로 구성됩니다.위성으로부터의 마이크로파 방송은 약 85%의 [65]효율로 다이폴에서 수신된다.기존의 마이크로파 안테나를 사용하면 수신 효율이 향상되지만 비용과 복잡성도 상당히 높아집니다.렉테나는 지름이 몇 킬로미터가 될 것이다.

인스페이스 애플리케이션

레이저 SBSP는 달이나 화성 표면에 있는 기지나 차량에 전력을 공급할 수 있어 동력원 착륙에 드는 대량 비용을 절감할 수 있다.우주선이나 다른 위성도 같은 방법으로 동력을 공급할 수 있다.NASA에 제출된 2012년 우주 태양광 발전 보고서에서 저자는 우주 태양광 발전 기술의 또 다른 잠재적 용도는 행성간 인류 탐사 [66][67][68]임무에 사용될 수 있는 태양 전기 추진 시스템일 수 있다고 언급했습니다.

출시 비용

SBSP 개념의 한 가지 문제는 우주 발사 비용과 발사해야 할 재료의 양입니다.

발사된 물질의 대부분은 최종 궤도로 즉시 전달될 필요가 없으며, 따라서 고효율(느리지만 느린) 엔진이 허용 가능한 비용으로 SPS 물질을 LEO에서 GEO로 이동할 가능성이 제기됩니다.예로는 이온 추진기 또는 핵 추진이 있다.

4GW발전소(그 하부 구조의 질량, 안테나, 또는 어떤 초점을 맞추고 거울에 상당히 어떤 질량 감소를 고려하지 않고)20kg에 의한 1킬로와트의 전력에 태양 전지판 질량이 문제의 규모를 말씀 드리면 모두, 현재 상황 안에서, th등에서 발사될지에 대해 8만 미터 tons,[69] 나갈 것이다.eEarth. 그러나 이는 2015년 현재 150W/kg(6.7kg/kW)인 비행 우주선의 기술 수준과는 거리가 멀고 빠르게 [70]개선되고 있다.초경량 설계에서는 1kg/[71]kW를 달성할 수 있습니다. 즉, 동일한 4GW 용량 스테이션에 대한 태양 전지판의 경우 4,000톤을 달성할 수 있습니다.패널 질량을 넘어 오버헤드(원하는 궤도로의 부스팅과 스테이션 키핑 포함)를 추가해야 한다.

4GW에서 LEO까지의 출시 비용
1 kg/kW 5 kg/kW 20 kg/kW
kg당 1달러 (최저비용은 0.13달러/kWh, 전력 효율 100%) 400만달러 2000만달러 8000만달러
$2000/kg (예: Falcon Heavy) 80억달러 400억달러 1600억달러
kg당 $10000 (예: Ariane V) 400억달러 2,000억달러 8,000억달러

이러한 비용은 지구 기반 에너지 생산과 비교하여 사용될 경우, 무거운 우주 발사 임무가 환경에 미치는 영향을 더해야 한다.비교를 위해, 새로운[72] 석탄 또는 원자력 발전소의 직접 비용은 GW당 30억 달러에서 60억 달러이다(각각 CO2 배출 또는 사용후 핵 연료 저장에서 환경에 대한 전체 비용은 포함하지 않는다).

우주에서의 빌딩

궤도에서 발사된 달 물질로부터

제라드 오닐은 1970년대 초 높은 발사 비용 문제를 언급하며 [73]달에서 가져온 물질로 SPS를 궤도에 건설할 것을 제안했다.달로부터의 발사 비용은 낮은 중력과 대기 항력의 부족으로 인해 잠재적으로 지구에서보다 훨씬 더 낮다.이 1970년대 제안은 당시 광고된 NASA의 우주왕복선의 미래 발사 비용을 가정한 것이다.이 접근법은 [74]달에 대한 대중 동력을 확립하기 위해 상당한 선행 자본 투자를 필요로 할 것이다.그럼에도 불구하고, 1979년 4월 30일, NASA의 계약 NAS9-15560에 따라 제너럴 다이내믹스 컨베어 부서의 최종 보고서("우주 건설을 위한 달 자원 활용")는 [75]각각 용량이 10 GW에 달하는 30개의 태양 에너지 위성 시스템에 대해 달 자원을 사용하는 것이 지구 기반 물질보다 저렴할 것이라고 결론지었다.

1980년 NASA의 우주왕복선 발사 비용 견적이 매우 낙관적이라는 것이 명백해졌을 때, 오닐 외 연구진은 훨씬 낮은 [76]시작 비용으로 달 재료를 사용하여 제조할 수 있는 또 다른 방법을 발표했습니다.이 1980년대 SPS 개념은 우주에서의 인간 존재에 의존하지 않고 지구에 상주하는 근로자들의 원격 제어 하에 있는 달 표면에서 부분적으로 자기 복제 시스템에 의존했다.이 제안의 높은 순 에너지 이득은 달의 훨씬 더 얕은 중력 우물에서 기인한다.

우주에서 온 원재료 1파운드당 가격이 비교적 저렴하면 저질량 설계에 대한 우려가 줄어들어 다른 종류의 SPS가 구축될 수 있습니다.오닐이 보기에 달 물질의 파운드당 비용이 낮은 것은 달 물질을 사용하여 태양 발전 위성보다 더 많은 시설을 궤도에 제작함으로써 뒷받침될 것이다.달에서 발사하는 첨단 기술은 달 물질로부터 태양 발전 위성을 건설하는 비용을 줄일 수 있다.제안된 기술로는 제롬 [77]피어슨이 최초로 설명한 달 질량 운전사와 달 우주 엘리베이터가 있다.그것은 [citation needed]달에 실리콘 채굴과 태양 전지 제조 시설을 설립해야 할 것이다.

온 더 문

물리학자 데이비드 크리스웰 박사는 달이 태양 발전소의 최적의 위치이며 달 기반 태양광 [78][79][80]발전을 촉진한다고 제안했습니다.그가 구상하는 주요 장점은 주로 현지에서 구할 수 있는 달 재료를 이용한 건설로, 현장 자원 활용, 마이크로파 반사기를 조립하기 위한 원격 작동식 이동식 공장과 크레인, 태양 [81]전지를 조립하고 포장하기 위한 탐사 로봇으로, SBSP 설계에 비해 발사 비용을 크게 절감할 수 있다는 것이다.지구 주위를 도는 전력 계전기 위성과 마이크로파 빔을 반사하는 달도 이 프로젝트의 일부이다.1GW의 데모 프로젝트는 500억 [82]달러부터 시작합니다.시미즈 주식회사는 전력 중계 [83][84]위성과 함께 레이저와 마이크로파를 사용하여 루나 링의 컨셉을 실현하고 있습니다.

소행성에서

소행성 채굴 또한 심각하게 고려되었다.NASA의 한 설계 연구는[85] 50만 톤의 소행성 파편을 정지 궤도로 되돌려 놓을 10,000 톤의 채굴 차량을 평가했다.채광선의 약 3,000톤만이 전통적인 항공 우주 등급의 적재물이 될 것이다.나머지는 매스드라이버 엔진의 반응 질량이 될 것이며, 이는 탑재체 발사에 사용된 사용후 로켓 단계일 수 있다.귀환된 소행성의 100%가 유용하고 소행성 채굴기 자체를 재사용할 수 없다고 가정한다면 이는 발사 비용의 거의 95%를 절감한 것이다.그러나, 이러한 방법의 진정한 장점은 후보 소행성의 철저한 광물 조사에 달려있다; 지금까지 우리는 그들의 [86]구성에 대한 추정치만 가지고 있다.소행성 아포피스를 지구 궤도에 진입시켜 각각 5GW의 태양광 발전 위성 150개 또는 크기가 아포피스의 50배에 달하고 5기가와트급 태양광 발전 위성[87] 7500개를 만들 수 있는 더 큰 소행성 1999 AN10으로 바꾸는 방안이 거론된다.

갤러리

  • A Lunar base with a mass driver (the long structure that goes toward the horizon). NASA conceptual illustration

    질량 드라이버가 있는 달 기지(지평선을 향해 가는 긴 구조물)입니다.NASA의 개념도

  • An artist's conception of a "self-growing" robotic lunar factory.

    '자생' 로봇 달공장에 대한 한 예술가의 구상.

  • Microwave reflectors on the moon and teleoperated robotic paving rover and crane.

    달에 반사하는 전자레인지와 로봇 포장 탐사로봇과 크레인을 원격 조작합니다.

  • "Crawler" traverses Lunar surface, smoothing, melting a top layer of regolith, then depositing elements of silicon PV cells directly on surface

    "크롤러"는 달 표면을 가로질러, 평활화, 레골리스 상단 층을 녹인 다음 실리콘 PV 셀의 요소를 표면에 직접 퇴적시킵니다.

  • Sketch of the Lunar Crawler to be used for fabrication of lunar solar cells on the surface of the Moon.

    달 표면의 달 태양 전지 제작에 사용되는 달 크롤러 스케치.

  • Shown here is an array of solar collectors that convert power into microwave beams directed toward Earth.

    여기 보이는 것은 전력을 지구를 향해 가는 마이크로파 빔으로 변환하는 태양열 집열기입니다.

  • A solar power satellite built from a mined asteroid.

    채굴된 소행성으로 만든 태양광 발전 위성입니다.

안전.

SPS 설계를 검토할 때 마이크로파 송전 사용 문제가 가장 논란이 되고 있습니다.지구 표면에서 제안된 마이크로파 빔의 중심은 23mW/cm2(태양 조사 상수 1/4 미만)이며, 직경 펜스라인(수신기 주변)[88] 바깥의 강도는 1mW/cm2 미만이다.이는 마이크로파에 대한 현행 미국 산업안전보건법(OSHA) 작업장 피폭 한계인 10mW/[89][original research?]cm와2 비교된다. 이 한계 자체는 자발적인 용어로 표현되며 연방 OSHA 집행 [citation needed]목적에 대해 집행 불가능한 것으로 판단된다.따라서 이 강도의 빔은 장기 또는 무기한 [original research?]노출의 경우에도 현재의 안전한 작업장 수준과 유사한 크기의 중심에 있다.수신기를 벗어나면 OSHA의 장기[90] 레벨보다 훨씬 낮습니다. 빔 에너지의 95% 이상이 리텐나에 떨어집니다.나머지 마이크로파 에너지는 현재 전 [91]세계 마이크로파 배출량 기준 내에서 흡수 및 분산됩니다.시스템 효율화를 위해서는 가능한 한 많은 마이크로파 방사선이 렉테나에 집중되는 것이 중요합니다.정류장 밖에서는 마이크로파 강도가 급격히 감소하기 때문에 인근 마을이나 다른 인간 활동에 [92]전혀 영향을 미치지 않아야 한다.

빔에 대한 노출은 다른 방법으로 최소화할 수 있습니다.지상에서는 물리적 접근이 통제 가능하며(예: 펜싱을 통해), 빔을 통과하는 일반적인 항공기는 승객에게 전자파를 차단하는 보호 금속 쉘(예: 패러데이 케이지)을 제공한다.다른 항공기(풍선, 초경량 등)는 현재 군사 및 기타 통제된 영공에서와 마찬가지로 항공 비행 제어 공간을 관찰함으로써 노출을 피할 수 있다.빔의 중심에 있는 지상 레벨의 마이크로파 빔 강도는 설계되어 시스템에 물리적으로 내장됩니다.단순히 송신기가 너무 멀고 너무 작아서 원칙적으로도 안전하지 않은 수준까지 강도를 높일 수 없습니다.

또한 설계상의 제약사항은 마이크로파 빔이 야생동물, 특히 조류를 해칠 정도로 강하지 않아야 한다는 것이다.합리적인 수준에서 의도적인 마이크로파 조사를 사용한 실험은 여러 [93]세대에 걸쳐 부정적인 영향을 보여주지 못했다.근해에서 [94][95]직장의 위치를 찾는 것이 제안되었지만, 부식, 기계적 응력, 생물학적 오염 등 심각한 문제가 발생하고 있습니다.

Fail Safe 빔의 타깃링을 확보하기 위해 일반적으로 권장되는 접근방식은 역방향 페이즈드 어레이 안테나/렉테나를 사용하는 것입니다.지상의 렉테나의 중심에서 방출되는 "파일럿" 마이크로파 빔은 송신 안테나에서 위상 전방을 확립한다.여기서 각 안테나 서브어레이의 회로는 파일럿 빔의 위상전면과 내부 클럭 위상을 비교하여 발신 신호의 위상을 제어합니다.이렇게 하면 전송된 빔이 정확하게 정류장 중앙에 배치되고 높은 수준의 위상 균일성을 갖게 됩니다. 어떤 이유로든 파일럿 빔이 손실되면(예를 들어 송신 안테나가 정류장으로부터 멀리 떨어진 경우) 위상 제어 값이 실패하고 마이크로파 전력 빔의 [92]초점이 자동으로 해제됩니다.이러한 시스템은 파일럿 빔 송신기가 없는 곳에 전력 빔을 물리적으로 집중시킬 수 없습니다.전자파의 형태로 전리층을 통해 에너지를 방출하는 것의 장기적인 영향은 아직 연구되지 않았지만, 어떠한 중요한 효과로 이어질 수 있는 것은 제안되지 않았다.

타임라인

20세기에

  • 1941년: 아이작 아시모프는 태양으로부터 모은 에너지를 극초단파 빔을 사용하여 여러 행성으로 전송하는 공상과학 단편 소설 "이유"를 출판했습니다.
  • 1968: Peter Glaser는 태양 에너지를 수집하여 마이크로파 빔으로 변환하고 분배를 위해 지구에 있는 큰 수신 안테나(렉테나)에 사용 가능한 에너지를 전송하기 위해 높은 지동 궤도에 있는 평방 마일의 태양 집광기를 가진 "태양 전력 위성" 시스템의 개념을 도입했습니다.
  • 1973년: 피터 글레이저는 위성에 있는 큰 (1평방 킬로미터) 안테나에서 지상에 있는 훨씬 [12]큰 안테나로 먼 거리에 걸쳐 전력을 전송하는 그의 방법으로 미국 특허 번호 3,781,647을 부여받았다.
  • 1978-81년:미국 에너지부와 NASA는 태양 에너지 위성(SPS)의 개념을 광범위하게 검토하여 설계 및 실현 가능성 연구를 발표하고 있습니다.
  • 1987: 고정식 고고도 중계 플랫폼 캐나다 실험
  • 1995-97년: NASA는 우주 태양광 발전(SSP)의 개념과 기술에 대한 "신선한 모습" 연구를 실시합니다.
  • 1998년: 우주 태양광 발전 개념 정의 연구(CDS)는 기술적 및 프로그램적 위험을 지적하면서 신뢰할 수 있고 상업적으로 실행 가능한 SSP 개념을 식별한다.
  • 1998년: 일본 우주국은 [citation needed]오늘날까지 계속되는 프로그램인 우주 태양광 발전 시스템(SSPS) 개발을 시작한다.
  • 1999년: NASA의 우주 태양광 발전 탐사 연구 및 기술 프로그램(SERT, 이하 참조)이 시작됩니다.
  • 2000: NASA의 John Mankins는 미국 하원에서 다음과 같이 증언합니다. "대규모 SSP는 현재 기술과 능력에서 많은 발전을 필요로 하는 매우 복잡한 통합 시스템입니다.테크놀로지 로드맵은 수십 년에 [16]걸쳐 필요한 모든 진보를 달성하기 위한 잠재적인 경로를 제시하기 위해 개발되었습니다.

21세기에

  • 2001년: NASDA는 10킬로와트와 [96][97]1메가와트의 전력을 가진 실험 위성을 발사함으로써 추가적인 연구와 시제품 제작을 할 계획을 발표했다.
  • 2003: ESA[98] 연구
  • 2007년: 미국 국방부 국가안보우주국(NSO)은 2007년 10월 10일 현재 진행 중인 중동과의 관계와 석유전쟁을 돕기 위해 지구에서 사용하기 위해 태양에너지를 수집할 계획이라고 발표했다[99].데모 플랜트는 100억 달러의 비용이 들고, 10 메가와트를 생산하며, 10년 [100]안에 가동될 수 있습니다.
  • 2007년: 2007년 5월 미국 매사추세츠공과대학(MIT)에서 SBSP 시장과 [101]테크놀로지의 현황을 확인하기 위한 워크숍이 개최되었습니다.
  • 2010년: Andrea Massa 교수와 Giorgio Franceschetti 교수는 2010년 안테나 및 [102]전파에 관한 국제 심포지엄에서 "태양광 전력 전송을 위한 전자 무선 시스템의 분석"에 관한 특별 세션을 발표합니다.
  • 2010년: 인도 우주 연구 기구와 미국 국립 우주 협회는 우주 기반의 태양 집열기를 통한 태양 에너지 이용 파트너십을 강화하기 위한 공동 포럼을 출범시켰다.APJ 압둘 칼람 전 인도 대통령의 이름을 따서 칼람-NSS 이니셔티브라고 불리는 이 포럼은 다른 나라들도 [103]참여할 수 있는 우주 기반 태양광 발전 프로그램의 토대를 마련할 것이다.
  • 2010: 스카이 무제한: 우주 기반 태양광 발전, 미 공군 중령 피터 가레슨이 쓴 인도-미국 전략적 동반자 관계의 다음 주요 단계?는 국방 연구 분석 [104]연구소에서 출판되었다.
  • 2012년 : 중국은 APJ 압둘 [105]칼람 전 인도 대통령의 방문에서 태양광 발전 위성 개발을 위해 인도와 중국의 공동 개발을 제안했다.
  • 2015년: 우주 태양광 발전 이니셔티브(SSPI)는 Caltech와 Northrop Grumman Corporation 사이에 설립되었습니다.우주 기반 태양광 발전 시스템 개발을 위한 3년 프로젝트에 약 1,750만 달러가 지원될 예정이다.
  • 2015년: JAXA는 2015년 3월 12일 전기를 마이크로파로 변환한 후 다시 [40][41]전기로 전환하여 소형 수신기에 무선으로 1.8kW를 50m 전송했다고 발표했다.
  • 2016년: 중국 중앙군사위원회(PLA)의 군비개발부 부주석 장위린 중장은 중국이 다음으로 지구-달 우주개발을 위한 개발을 시작할 것이라고 제안했다.목표는 에너지를 지구로 [106]쏘아올리는 우주 기반의 태양광 발전 위성의 건설이 될 것이다.
  • 2016년 : 해군연구실(NRL), 국방고등계획국(DARPA), 공군대학교, 합동참모물류(J-4), 국무부, 마킨스항공우주국, 노스롭그루먼(Def/Def) 소속 팀멘트, 방어)혁신 도전: 미국이 우주 태양광 발전을 선도해야 한다는 제안과 함께.그 제안에는 비전 비디오가 뒤따랐다.
  • 2016년: 우주 기반 태양광 발전 시민들은 다음 동영상과 함께 백악관 웹사이트 "미국이 우주 기반 에너지로의 전환을 이끌어야 한다"와 Change.org "USA가 우주 기반 에너지로의 전환을 이끌어야 한다"에서 D3 제안을 적극적인 청원서로 전환했다.
  • 2016년: NOAA의 에릭 라슨과 다른 사람들은 "재활용 우주 발사 시스템의 [107]배출에 대한 지구 대기 반응"이라는 논문을 작성한다.이 논문은 대기권에 견딜 수 없는 손상 없이 연간 최대 2TW의 전력 위성을 건설할 수 있다고 주장한다.이 논문 이전에는 재진입에 의해 생성된 NOx가 오존을 너무 많이 파괴할 것이라는 우려가 있었다.
  • 2016년: SICA Design의 Ian Cash가 CASIOPeiA(Constant Aperture, Solid State, Integrated, Orbital Phased Array)를 전기 및 컴퓨터 엔지니어링 분야의 새로운 개념으로 제안
  • 2017년: NASA는 우주 투자에 초점을 맞춘 5개의 새로운 연구 제안을 선정합니다.콜로라도 광산학교는 "우주 기반 태양광 발전 및 저장의 21세기 동향"에 초점을 맞추고 있다.
  • 2019년: 규슈 대학 우주 시스템 동적 연구소의 아디트 바라스카르 교수와 하나다 토시야 교수는 지구 저궤도의 위성 간에 전력을 송신하는 소형 우주 태양광 발전 위성 별자리인 에너지 궤도(E-Orbit)[108]를 제안했다.총 1600기의 위성으로 반경 500km의 고도 900km에서 10kW의 전력을 송신한다."[109]
  • 2019년: 중국은 SBSP 시험기지를 만들어 2035년까지 메가와트급 200톤급 SBSP 스테이션을 가동할 계획을 발표한다.
  • 2020년: 미국 해군 연구소가 시험 [110]위성을 발사한다.또한 USAF는 ARACHNE 시험 [111]위성을 발사할 계획인 우주 태양광 발전 증분 시연 및 연구 프로젝트(SSPIDR)를 가지고 있다.아라크네는 [112]2024년에 출시될 예정이다.
  • 2021: Caltech는 2023년까지 SBSP 테스트 어레이를 출시할 계획이라고 발표합니다.
  • 2022년: 영국의 Space Energy Initiative는 "영국의 (매우 증가한) 전력 수요의 30%를 제공하기 위해" 그리고 "영국의 화석 연료에 대한 의존도를 낮추기 위해"[113] 2040년대 중반에 우주에 첫 번째 발전소를 발사할 것이라고 발표했다.

일반적이지 않은 구성과 아키텍처에 관한 고려 사항

일반적인 시스템 참조에는 GEO의 개별 위성 중 상당수(지구 에너지 요구 사항의 전부 또는 상당 부분을 처리하기 위한 수천 개의 멀티 기가와트 시스템)가 포함됩니다.개별 위성에 대한 일반적인 기준 설계는 1-10GW 범위이며, 일반적으로 에너지 수집/변환으로서 평면 또는 집중 태양 광전지(PV)를 포함한다.가장 일반적인 전송 설계는 대기 중 손실이 최소인 1~10GHz(2.45GHz 또는 5.8GHz) RF 대역입니다.인공위성을 위한 재료는 지구에서 조달 및 제조되며 재사용 가능한 로켓 발사를 통해 LEO로 운송되고 화학 또는 전기 추진력을 통해 LEO와 GEO 사이에서 운송될 것으로 예상된다.아키텍처의 선택지는 다음과 같습니다.

  • 위치 = GEO
  • 에너지 수집 = PV
  • Satellite = 모노리식 구조
  • 변속기 = RF
  • 재료 및 제조 = 접지
  • 설치 = RLV에서 LEO로, 화학에서 GEO로

참조 시스템의 몇 가지 흥미로운 설계 변형이 있습니다.

대체 에너지 수집 위치:GEO는 지구와의 근접성, 단순한 포인팅 및 추적, 매우 짧은 은폐 시간, 모든 글로벌 수요를 여러 번 충족할 수 있는 확장성 등의 이점 때문에 가장 일반적인 반면, 다른 위치는 제안되었습니다.

  • Sun Earth L1: Robert Kennedy III, Ken Roy & David Fields는 다중 테라와트 1차 수집기가 일련의 LEO 태양 동기 수신기 위성으로 에너지를 되돌려 보내는 "Dyson Dots"[114]라고 불리는 L1 차양 변형을 제안했습니다.지구까지 거리가 멀수록 그에 상응하는 더 큰 변속기 개구부가 필요합니다.
  • 달 표면: David Criswell은 달 표면 자체를 수집 매체로 사용하여 지구 궤도의 마이크로파 반사기를 통해 지상으로 전력을 방출할 것을 제안했습니다.이 접근법의 주요 장점은 에너지 비용과 발사 복잡성 없이 태양 집열기를 현장에서 제조할 수 있다는 것이다.단점으로는 거리가 훨씬 멀고, 더 큰 전송 시스템이 필요하며, 달밤에 대처하기 위해 필요한 "과다 구축"이 필요하며, 반사 [115]위성의 충분한 제조 및 포인팅이 어렵다.
  • MEO: MEO 시스템은 우주 내 유틸리티 및 빔 파워 추진 인프라용으로 제안되었습니다.예를 들어, Royce Jones의 [116]논문을 참조하십시오.
  • 높은 타원 궤도:몰니야, 툰드라 또는 콰지 제니스 궤도는 틈새 시장의 초기 위치로 제안되어 접근에 필요한 에너지가 적고 지속성이 [117]우수합니다.
  • 태양 동기 LEO: 이 북극 궤도 근처에서는 위성이 지구 주위를 회전할 때 항상 태양을 향할 수 있는 속도로 세차합니다.이것은 훨씬 적은 에너지를 필요로 하는 접근하기 쉬운 궤도이며, 지구에 근접하기 위해서는 더 작은 (따라서 더 작은) 구멍을 전달해야 합니다.그러나 이 접근법의 단점으로는 수신국을 지속적으로 이동해야 하거나 버스트 전송을 위해 에너지를 저장해야 한다는 점이 있습니다.이 궤도는 이미 붐비고 있으며 상당한 우주 파편을 가지고 있다.
  • 적도 LEO: 일본의 SPS 2000은 적도 LEO에서 여러 적도 참가국이 [118]어느 정도의 힘을 받을 수 있는 조기 시연을 제안했다.
  • 지구 표면: 나라얀 코메라스는 지구의 한쪽에 있는 기존 그리드나 발전소에서 나오는 잉여 에너지가 궤도로, 다른 위성으로,[119] 그리고 수신기로 전달될 수 있는 우주 전력망을 제안했다.

에너지 수집:태양광 발전 위성의 가장 전형적인 디자인은 태양광 발전을 포함한다.이것들은 평면(일반적으로 수동 냉각), 농축(아마도 능동 냉각)일 수 있습니다.그러나 여러 가지 흥미로운 변종이 있습니다.

  • 태양열: 태양열을 지지하는 사람들은 회전하는 기계와 라디에이터의 냉각을 통해 에너지를 추출하기 위해 유체의 상태를 변화시키기 위해 집중적인 열을 사용할 것을 제안했습니다.이 방법의 장점에는 전체 시스템 질량(논쟁됨), 태양풍 손상으로 인한 비열화 및 방사선 내성이 포함될 수 있다.키스 헨슨과 다른 사람들이 최근에 설계한 화력 태양광 발전 위성 중 하나가 여기에서 시각화되었습니다.열 공간 태양광 발전 개념 관련 개념은 다음과 같습니다: 빔 에너지 부트스트랩 제안 라디에이터는 저압(2.4 kPa)과 온도(20°C) 증기로 채워진 얇은 벽 도금 튜브입니다.
  • 태양광 펌핑 레이저: 일본은 태양광이 지구에 대한 간섭성 빔을 만드는 데 사용되는 레이저 매체를 직접 들뜨게 하는 태양광 펌핑 레이저를 추구해왔다.
  • 융해 붕괴:이 버전의 동력 위성은 "태양광"이 아닙니다.오히려 공간의 진공은 전통적인 핵융합에 대한 "곤충이 아닌 특징"으로 여겨진다.Paul Werbos에 따르면, 핵융합 후 중성 입자도 충분히 큰 부피의 하전 입자로 붕괴되어 [citation needed]전류로 직접 전환될 수 있다.
  • 솔라 윈드 루프:다이슨-해롭 위성이라고도 합니다.여기서 위성은 태양으로부터의 광자가 아니라 전자 결합을 통해 큰 루프로 전류를 발생시키는 태양풍의 하전 입자를 이용한다.
  • 다이렉트 미러: 지구에서 빛을 직접 반사하는 것에 대한 초기 개념은 태양으로부터 오는 광선이 평행하지 않고 원반에서 팽창하고 있다는 문제 때문에 어려움을 겪었습니다. 그래서 지구상의 점의 크기는 꽤 큽니다.루이스 프래어스는 기존의 태양열을 [120]증가시키기 위해 일련의 포물선 거울을 탐사했다.

대체 위성 아키텍처:일반적인 위성은 구조 트러스, 1개 이상의 수집기, 1개 이상의 송신기 및 경우에 따라서는 1차 및 2차 반사기로 구성된 일체식 구조입니다.전체 구조물은 중력 구배가 안정화 되어 있을 수 있다.대체 설계에는 다음이 포함됩니다.

  • 다수의 소형 위성:일부 디자인은 자유 비행하는 작은 위성 무리들을 제안합니다.이것은 몇 가지 레이저 설계의 경우이며, CALTECH의 Flying [121]Cafets의 경우도 마찬가지인 것으로 보입니다.RF 설계의 경우, 엔지니어링상의 제약이 씬 어레이의 문제입니다.
  • 자유 플로팅 컴포넌트: Solaren은 1차 리플렉터와 투과 리플렉터가 자유 [122]비행하는 모노리식 구조의 대안을 제시했습니다.
  • 스핀 안정화: NASA는 스핀 안정화 박막 개념을 탐구했습니다.
  • 포토닉 레이저 스러스터(PLT) 안정화 구조:Young Bae는 광자 압력이 대형 [123]구조에서 압축 부재를 대체할 수 있다고 제안했다.

송신:에너지 전송의 가장 일반적인 설계는 10GHz 미만의 RF 안테나를 통해 지상의 리텐나에 송신하는 것입니다.클라이스트론, 자이로트론, 마그네트론과 솔리드 스테이트의 이점 사이에 논란이 있다.대체 전송 방식에는 다음이 포함됩니다.

  • 레이저: 레이저는 첫 번째 전력에 비해 훨씬 낮은 비용과 질량의 이점을 제공하지만 효율의 이점에 대해서는 논란이 있습니다.레이저를 사용하면, 송수신 개구부를 훨씬 작게 할 수 있습니다.그러나 고농축 빔은 눈 안전, 화재 안전 및 무기화에 대한 우려가 있다.지지자들은 이 모든 우려에 대한 해답을 가지고 있다고 믿는다.레이저 기반 접근방식은 구름과 강수량에 대처하는 대체 방법을 찾아야 한다.
  • 대기 도파관:일부는 단펄스 레이저를 사용하여 집중된 마이크로파가 [124][125][126]흐를 수 있는 대기 도파로를 만드는 것이 가능할 수 있다고 제안했다.
  • 핵합성: 내부 태양계에 기반을 둔 입자 가속기는 자연적으로 발생하는 물질로부터 핵 연료를 합성하기 위해 태양 에너지를 사용할 수 있습니다.현재의 기술(연료에 포함된 에너지 양 대비 연료 제조에 필요한 에너지의 양)을 사용하는 것은 매우 비효율적이며 명백한 원자력 안전 문제를 제기할 수 있지만, 그러한 접근법이 의존할 수 있는 기본 기술은 수십 년 동안 사용되어 왔다.특히 내태양계에서 외태양계로 에너지를 보내는 가장 신뢰할 수 있는 수단.

소재 및 제조:전형적인 디자인은 지구에 존재하는 발전된 산업 제조 시스템을 사용하며, 인공위성과 추진체 모두에 지구 기반 재료를 사용한다.다음과 같은 종류가 있습니다.

  • 달 재료:태양 발전 위성은 달의 레골리스에서 99% 이상의 물질을 조달하고 다른 장소에서는 비타민을 아주 적게 투입하는 설계가 존재합니다.이론적으로 달로부터의 발사가 지구로부터의 것보다 훨씬 덜 복잡하기 때문에 달의 물질을 사용하는 것은 매력적이다.대기가 없기 때문에 구성 요소를 에어로셸에 단단히 포장할 필요가 없으며 진동, 압력 및 온도 부하에도 견딜 수 있습니다.자기 질량 드라이버를 통해 발사할 수 있으며, 발사를 위해 추진제를 완전히 사용해야 하는 요건을 우회할 수 있다.달에서 발사하는 GEO는 또한 지구의 훨씬 더 깊은 중력 우물보다 훨씬 적은 에너지를 필요로 한다.행성 전체에 필요한 에너지를 모두 공급하기 위해 모든 태양 발전 위성을 만드는 것은 달의 100만분의 1 미만의 질량을 필요로 한다.
  • 달에 대한 자기 복제: NASA는 1980년에 [127]달에 있는 자기 복제 공장을 탐사했습니다.최근에는 Justin Lewis-Webber가 John Mankins SPS-Alpha [129][130]설계에 기초한 핵심 요소의[128] 특정 제조 방법을 제안했습니다.
  • 소행성 물질: 일부 소행성은 달보다 물질을 회복하기 위해 더 낮은 델타-V를 가지고 있는 것으로 생각되며, 금속과 같은 특정 관심 물질은 더 집중되거나 접근하기가 더 쉬울 수 있습니다.
  • 인스페이스/인사이트 제조:공간 내 적층 제조의 등장으로 SpiderFab과 같은 개념으로 국소 [131]압출용 원재료를 대량 출시할 수 있게 되었습니다.

설치/에너지 수집 장소로의 자재 수송 방법:참조 설계에서 구성요소 재료는 잘 알려진 화학 로켓(일반적으로 완전히 재사용 가능한 발사 시스템)을 통해 LEO로 발사되며, 그 후 화학 또는 전기 추진력을 사용하여 GEO로 운반된다.이 시스템에서 바람직한 특성은 낮은 총 비용으로 매우 높은 질량 흐름입니다.대체 개념은 다음과 같습니다.

  • 달 화학적 발사:ULA 최근 완전히 재사용 가능 화학선 XEUS에 대한 개념은 달 표면에서 광 절연막 제거 또는 GEO.[132]에 물질을 이동시킬 소개되고 있다.
  • 달 우주 기재 발사 장치, 자재의 달 표면는 어떤 시스템 항공 모함 전자기 새총과 비슷한를 사용한 실행.한 미지의 소형 대안이 될 것이다 slingatron.
  • 달 우주 엘리베이터:오래 되거나near-equatorial 적도 케이블을 라그랑쥬 지점과를 통해 확대되고 있다.이 지지자의 질량에서 전통적인 우주 기재 발사 장치보다 더 낮을 것 주장하고 있습니다.
  • 우주 엘리베이터:순수한 탄소 나노 튜브를 리본 중력의 정지 궤도에 그 중심에서 등산가들까지 GEO에 오를 수 있도록 확장한다.이와 관련된 문제가 적절한 강도, 위성, 우주 파편과의 충돌의 운영, 번개와 같은 길이의 리본을 만드는 것의 재료 도전을 포함한다.
  • MEO Skyhook:한 AFRL 연구의 일환으로 로저 레나르트는 MEO Skyhook을 제안했다.그것은 대중의 MEO에 그 중심을 중력 gradient-stabilized 벨트 확보할 수 있는 재료로 제조될 수 있는 것 같다.그 skyhook의 맨 밑은"non-keplerian 궤도"의 분위기에 가깝다.한 재사용 가능 로켓은non-keplerian 궤도(여행 많이 다니전형적인 궤도 속도보다 느리)에 있는 벨트의 밑에 고도와 속도에 맞춰 발사할 수 있다.그 적재물 그리고가 케이블 타 전송된다.그 케이블 자체 전기 추진 및/또는 전자기 효과를 통해 de-orbiting 있다.
  • MAGLEV 발사 / StarTram : John Powell은 매우 높은 질량 흐름 시스템에 대한 개념을 가지고 있습니다.산에 내장된 1세대 시스템에서는 대피한 MAGLEV 트랙을 통해 페이로드를 가속합니다.탑재된 소형 로켓이 [133]탑재물을 원형으로 돌린다.
  • 비임 에너지 발사: Kevin Parkin과 Escape Dynamics는 모두 RF 에너지를 사용하여 단일 추진제 발사체를 지상 기반으로 조사하는 개념을 가지고[134] 있습니다.RF 에너지는 NERVA 스타일의 핵 열과 달리 흡수되어 추진제를 직접 가열합니다.Laser Motive는 레이저 기반의 접근방식을 컨셉으로 하고 있습니다.

픽션에서

태양 에너지를 전달하는 우주 정거장은 아이작 아시모프의 "이유"와 같은 공상 과학 소설에 등장했는데, 이 공상 과학 작품들은 우주 정거장을 운영하는 로봇들에 의해 야기된 문제들을 중심으로 하고 있다.아시모프의 단편 "마지막 질문" 또한 지구에서 사용할 수 있는 무한한 에너지를 제공하기 위해 SBSP를 사용하는 것을 특징으로 한다.

Erc Kotani와 John Maddox Roberts의 2000년 소설 The Legacy of Prometheus는 지구동기 궤도에서 태양 위성으로부터 기가와트의 에너지를 방출하는 최초의 대기업들 간의 경쟁을 상정하고 있다.

벤 보바의 소설 PowerSat (2005)에서, 한 사업가는 그의 회사가 거의 완성된 동력 위성과 우주 비행선 (위성에 효율적으로 유지 보수 요원들을 보내는 수단)이 안전하고 경제적으로 실행 가능하다는 것을 증명하기 위해 노력하는 반면, 산유국들과 연계된 테러리스트들은 속임수를 통해 이러한 시도를 탈선시키려 한다.d [135]사보타주

보잉,[136] 록히드 마틴,[137] 유나이티드 론치 [138]얼라이언스 등 다양한 항공우주회사들도 기업 비전 비디오에서 상상력이 풍부한 미래 태양광 발전 위성을 선보이고 있다.

태양 위성은 브라우저 기반의 게임 OGame에서 에너지를 생산하는 세 가지 수단 중 하나이다.도시 건설 게임 심시티 2000에는 마이크로파 발전소가 있다.

1978년 방영된 TV 애니메이션 '미래소년 코난'에서 SBSP는 인더스트리아가 대륙 전체를 파괴하는 핵무기보다 강력한 지자기 무기를 개발할 수 있도록 했다.

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레퍼런스

전미우주협회는 우주 태양광 발전 관련 모든 주요 역사적 문서와 연구, 주요 뉴스 기사에 대한 광범위한 우주 태양광 발전 라이브러리인 2018-04-14를 웨이백 머신에 보관하고 있습니다.

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