宇宙は太陽の光を遮るものがない。ならば宇宙にソーラーパネルを設置し、ここで発電した電気を地球に送ることはできないだろうか？ しかもワイヤレスで。
カリフォルニア工科大学の研究チームは、そんなSF映画のような技術に挑んでいる。これが実用化されれば、電線など張り巡らさなくても、地球上のどこにも簡単に送電できるようになる。
昨年行われた実験では、宇宙空間でワイヤレス送電に成功したほか、きちんと検出できるだけのエネルギーを地上に送信できることをも実証している。
研究チームによれば、それは電気の民主化をもたらす技術であるという。
宇宙で太陽光発電をするメリットは、太陽のエネルギーをいつでも使えることだ。
地上のソーラーパネルは、夜はもちろん、雨や曇りのような天気でも発電しなくなる。だが宇宙でならば、そのような条件に左右されることはない。
その性能は素晴らしく、宇宙に太陽光パネルを設置すれば、発電量は地上のパネルの8倍になると推定されている。
だが、問題は宇宙で発電した電気を地球に届ける方法だ。まさかやたらと長い電線で宇宙と地球をつなぐわけにもいかないだろう。
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そのための秘策が、ワイヤレス送電だ。宇宙からエネルギーをマイクロ波の形で地球に照射し、地上で電気に変換して利用するのだ。
それを実現するのが、カリフォルニア工科大学の研究チームが開発したマイクロ波送電器アレイ「MAPLE（Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment）」だ。
MAPLEの内部イメージ。宇宙空間でワイヤレス送電することに成功 / image credit: Caltech
昨年の実験で宇宙から地球に電気を送ることに成功
昨年行われたMAPLEの実験では、実際に宇宙空間でワイヤレス送電するだけでなく、宇宙から地球に電気を送ることにも成功している。
宇宙太陽光発電実証機「SSPD-1」に搭載されて宇宙へ打ち上げられたMAPLEは、送信機から30cmほど離れた受信機にマイクロ波を照射。これをキャッチして再び電気に変換し、LEDライトを点灯させることに成功した。
さらに宇宙から地上の研究所の屋根に設置された受信機にマイクロ波を送信することにも成功。そのエネルギー波は、狙った通りのタイミングと周波数で見事受信されている。
このようにMAPLEがワイヤレス送電に成功したのも素晴らしいが、それが宇宙空間で実際に機能することが確認されたのも大きい。
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MAPLEは柔軟かつ軽量な作りで、密閉もされていない。にもかかわらず、温度変化が大きく、太陽光にもにさらされる過酷な宇宙空間で機能することが実証されたのである。
カリフォルニア工科大学キャンパス内の研究所の屋根で、宇宙から送られてきたエネルギー波をキャッチすることにも成功している/Image credit: Ali Hajimiri/Calech
「干渉」という量子現象を利用
MAPLEは、「干渉」という量子現象を利用することでエネルギーのワイヤレス送信を行なっている。
光には波としての性質があり、水面に広がる波紋のように空間を伝わる。そこで、空間を2つの光の波が広がっているところを想像してほしい。そして、この2つの波がぶつかりあったとする。
この時、ちょうど波の一番高いところ同士でぶつかれば、元の高さよりさらに高い波ができる（建設的干渉）。それとは反対に、一方の波が一番高いタイミングで、もう一方の波が一番低いタイミングだと、波と波は打ち消しあう（相殺的干渉）。
こうした性質を上手に利用して、複数の光源から波を送ると、エネルギーを一方向に向けることができる。また波のタイミングを上手に合わせてやれば、虫眼鏡で光を集中させるように、エネルギーを小さな領域に集中させることもできる。
MAPLEによるワイヤレス送電は、これを利用したものだ。波のタイミングを正確にコントロールして、エネルギー波が向かう方向をナノ秒という超高速で調節する。この結果、エネルギー波は狙った場所にだけ向けられ、それ以外の場所には向かわない。
MAPLEの内部。右にあるのが送信機、左にあるのが受信機/Image credit: SSPP
最終目標は電気の民主化
カリフォルニア工科大学によるこのプロジェクトが最終的に目指すのは、宇宙で太陽光発電し、それを地球の必要な場所にワイヤレス送電するためのモジュール式宇宙船団を作ることだ。
プロジェクトの中心人物アリ・ハジミリ博士は、プレスリリースでそれを電気の民主化と呼んでいる。
インターネットが情報へのアクセスを民主化したのと同じように、私たちはワイヤレス送電が電気へのアクセスを民主化することを望んでいます
この技術が実用化されれば、電気を送るために電線を張り巡らせる必要はなくなる。人里離れた僻地、あるいは戦争や自然災害で荒廃した地域にも簡単に電気を送れるようになるのだ。
References:In a First, Caltech's Space Solar Power Demonstrator Wirelessly Transmits Power in Space - www.caltech.edu / Scientists beam solar power to Earth from space for 1st time ever / Earth Has Received Power Beamed From A Satellite In Space For The First Time | IFLScience / written by hiroching / edited by / parumo
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