2023-06-01 カリフォルニア工科大学(Caltech)
Photo from space of the interior of MAPLE, with the transmission array to the right and the receivers to the left.Credit: SSPP
◆ワイヤレス電力伝送は、MAPLEによって実証されました。これは、カリフォルニア工科大学の宇宙太陽光発電プロジェクト（SSPP）の最初の宇宙搭載プロトタイプである宇宙太陽光発電実証機（SSPD-1）がテストしている3つの主要技術の1つです。SSPPは、宇宙空間で太陽光発電を行い、地表に送電することを目的としています。
＜関連情報＞
MAPLEは、Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experimentの略で、SSPD-1の3つの主要実験の1つで、低コストのシリコン技術で作られたカスタム電子チップで駆動する柔軟な軽量マイクロ波電力送信機のアレイで構成されています。この送信機のアレイを利用して、希望する場所にエネルギーを照射する。SSPPを実現するためには、エネルギー伝送アレイを宇宙へ送るために必要な燃料の量を最小限に抑えるための軽量化、ロケットで輸送できるパッケージに折り畳める柔軟性、そして全体として低コストの技術が必要です。
MAPLEは、電気工学および医用工学のブレン教授でSSPPの共同ディレクターであるAli Hajimiriが率いるカリフォルニア工科大学のチームによって開発されました。
「これまでの実験により、MAPLEが宇宙空間の受信機に正常に電力を送ることができることが確認されました」とハジミリは言います。「また、MAPLEのエネルギーを地球に向けるようにプログラムすることもでき、その結果、このカリフォルニア工科大学で検出されました。もちろん、地球上でテストしたのですが、宇宙への旅に耐え、そこで動作することができることがわかりました」。
個々の送信機間の建設的・破壊的干渉を利用して、電力送信機のバンクは、可動部品なしで、ビームを出すエネルギーの焦点と方向を変えることができます。送信機アレイは、正確なタイミング制御要素により、電磁波のコヒーレントな加算を利用して、希望する場所に動的にパワーを集中させることができます。これにより、エネルギーの大部分を目的の場所に集中させることができます。
MAPLEは、送信機から約1フィートの距離にある2つの独立した受信機アレイでエネルギーを受信し、直流（DC）電気に変換して、それを使って1対のLEDを点灯させ、宇宙空間で離れた場所からワイヤレスエネルギー伝送の完全なシーケンスを実証しています。MAPLEはこれを宇宙空間で、それぞれのLEDを個別に点灯させ、その間を行ったり来たりしてテストしました。この実験は密閉されていないため、大規模なSSPPユニットがいつか直面することになる広い温度変化や日射など、宇宙の厳しい環境にさらされることになる。
「私たちの知る限り、高価な剛体構造物を使っても、宇宙空間でのワイヤレスエネルギー伝送を実証した人はいません。私たちは、柔軟な軽量構造と独自の集積回路でそれを実現しています。これは初めてのことです」と、ハジミリは言う。
MAPLEには、アレイがエネルギーを照射するための小窓も付いています。この送信されたエネルギーは、パサデナにあるカリフォルニア工科大学のキャンパス内にあるゴードン＆ベティ・ムーア工学研究所の屋上にある受信機で検出されました。受信した信号は、予想通りの時刻と周波数で現れ、軌道からの移動に基づいて予測された通りの周波数シフトを有していました。
Detecting power from MAPLE on the roof of Moore Laboratory.Credit: Ali Hajimiri
この実験は、電力伝送装置が1月3日の打ち上げと宇宙飛行に耐えて機能することを示しただけでなく、SSPPのエンジニアに有益なフィードバックを与えてくれました。現在、ハジミリのチームは、より小さなグループの干渉パターンを評価し、さまざまな組み合わせの違いを測定することによって、システム内の個々の要素の性能を評価しています。この苦労の末の作業は、完全に完了するまでに6カ月を要する。この作業によって、チームは不規則性を整理し、個々のユニットにまでさかのぼり、次世代システムのための洞察を得ることができる。
宇宙太陽光発電は、昼夜や季節、雲に左右されることなく、無限に供給される宇宙空間の太陽エネルギーを利用するもので、地上のソーラーパネルの8倍もの電力を得ることができる可能性を秘めています。SSPPは、太陽光を集めて電気に変換し、マイクロ波に変換して、必要な場所にワイヤレスで長距離伝送するモジュール式の宇宙船を配備し、現在信頼できる電力にアクセスできない場所も含めて、完全実現する予定です。
