연구자들이 공간을 전송하다

Jan 25, 2024

우주 태양광 발전은 우주 공간에서 실질적으로 무제한의 태양 에너지 공급을 활용할 수 있는 방법을 제공합니다. 우주의 태양 에너지는 낮과 밤, 계절, 구름의 순환에 영향을 받지 않고 지속적으로 이용 가능하며, 이는 지구 표면의 태양 전지판보다 최대 8배 더 많은 에너지를 생산할 수 있습니다.

하지만 우주태양에너지를 저장해 지구로 전송하고 활용하는 것은 여전히 ​​어려운 일이다.

이 문제를 극복하기 위해 캘리포니아 공과대학(Caltech)의 연구원들은 우주에서 지구 표면으로 태양 에너지를 생성하고 전송하는 것을 목표로 하는 전력 전송 저궤도 실험(MAPLE)용 마이크로파 어레이를 개발했습니다.

지난 1월 궤도에 발사된 우주 태양광 발전 프로토타입이 현재 작동 중이다. 우주에서 무선으로 전력을 전송하고 감지 가능한 전력을 지구에 처음으로 전송하는 능력을 시연했습니다.

SSPD-1(Space Solar Power Demonstrator)에서 테스트 중인 이 제품은 우주에서 태양 에너지를 수확하여 지구 표면으로 전송하는 것을 목표로 하는 Caltech의 SSPP(Space Solar Power Project)의 첫 번째 우주용 프로토타입입니다.

MAPLE은 저가형 실리콘 기술을 사용하여 제작된 맞춤형 전자 칩으로 구동되는 유연하고 가벼운 마이크로파 전력 송신기로 구성됩니다. 이는 송신기 배열을 사용하여 에너지를 원하는 위치로 전송합니다.

SSPP가 실현 가능하려면 에너지 전송 어레이가 우주로 보내는 데 필요한 연료의 양을 최소화할 수 있도록 가벼워야 하고, 로켓에 운반할 수 있는 패키지로 접힐 수 있을 만큼 유연해야 하며, 전반적인 저비용 기술이 필요합니다.

송신기 간의 건설적 및 파괴적 간섭을 사용하여 전력 송신기 뱅크는 움직이는 부품 없이 방출하는 에너지의 초점과 방향을 이동할 수 있습니다. 송신기 어레이는 정확한 시간 제어 요소를 사용하여 전자기파의 일관된 조합을 사용하여 원하는 위치에 전력을 동적으로 집중시킵니다. 이로 인해 대부분의 에너지가 원하는 장소로 전달됩니다.

에너지를 수신하기 위해 MAPLE은 송신기에서 약 1피트 떨어진 곳에 두 개의 별도 수신기 어레이를 갖추고 있습니다. 그런 다음 에너지를 직류(DC) 전기로 변환하고 이를 사용하여 한 쌍의 LED를 켜서 우주에서 멀리 떨어진 곳에서 무선 에너지 전송의 전체 순서를 보여줍니다. MAPLE은 공간에서 각 LED를 개별적으로 조명하고 LED 사이를 앞뒤로 이동하여 이를 테스트했습니다. 실험은 밀봉되지 않았기 때문에 대규모 SSPP 장치가 언젠가 직면하게 될 넓은 온도 변화와 일사량을 포함하여 우주의 가혹한 환경에 노출됩니다.

MAPLE에는 어레이가 에너지를 전송할 수 있는 작은 창도 포함되어 있습니다. 이렇게 전송된 에너지는 패서디나에 있는 Caltech 캠퍼스의 Gordon and Betty Moore 공학 연구소 옥상에 있는 수신기에 의해 감지되었습니다.

연구원들에 따르면, 수신된 신호는 예상된 시간과 주파수로 나타났으며 궤도로부터의 이동을 기반으로 예측된 ​​대로 올바른 주파수 편이를 보였습니다.

연구진은 지금까지 진행한 실험을 통해 MAPLE이 우주의 수신기에 성공적으로 전력을 전송할 수 있다는 확인을 받았습니다. 연구원들은 또한 에너지가 지구를 향하도록 배열을 프로그래밍할 수 있었는데, 이는 Caltech에서 발견되었습니다.

"우리가 아는 한, 고가의 견고한 구조를 사용하더라도 우주에서 무선 에너지 전송을 시연한 사람은 아무도 없습니다. 우리는 유연하고 가벼운 구조와 자체 집적 회로를 사용하여 이를 수행하고 있습니다. 이번이 처음입니다."라고 Ali Hajimiri는 말합니다. , Bren 전기 공학 및 의료 공학 교수이자 SSPP의 공동 이사입니다.

"인터넷이 정보에 대한 접근을 민주화한 것과 마찬가지로 우리는 무선 에너지 전송이 에너지에 대한 접근을 민주화하기를 희망합니다"라고 Hajimiri는 말합니다. "이 전력을 받기 위해 지상에 에너지 전송 인프라가 필요하지 않습니다. 이는 전쟁이나 자연 재해로 황폐화된 외딴 지역과 지역에 에너지를 보낼 수 있음을 의미합니다."