우주 기반 태양 광 발전
우주 기반 태양 광 발전 (SBSP)은 우주 공간에서 태양 에너지를 수집하여이를 지구에 보급하는 개념입니다. 우주에서 태양 에너지를 수집하는 잠재적 인 이점은 확산 분위기가 없기 때문에 수집 속도가 더 빨라지고 수집 기간이 길어지고 밤이없는 궤도에 태양열 집열기를 배치 할 수 있다는 점입니다. 들어오는 태양 에너지의 상당 부분 (55-60 %)은 반사와 흡수의 영향으로 지구의 대기를 통해 손실됩니다. 우주 기반 태양 광 발전 시스템은 지구의 회전으로 인한 이러한 손실과 가동 중지 시간을 피하면서 햇빛을 대기권 밖의 마이크로파로 변환하지만 궤도로 물질을 발사하는 비용으로 인해 막대한 비용이 소요됩니다. SBSP는 지속 가능 또는 녹색 에너지, 재생 가능 에너지의 한 형태로 간주되며 때로는 기후 공학 제안 중에서 고려됩니다. 인위적인 기후 변화 나 화석 연료 고갈 (피크 오일 등)에 대한 대규모 해결책을 모색하는 사람들에게 매력적입니다.
다양한 SBSP 제안이 1970 년대 초반부터 연구되어 왔지만 현재의 우주 발사 인프라로 경제적으로 실행 가능한 것은 없습니다. 대형 상업용 발전소와 비슷한 적당한 기가 와트 범위의 마이크로 웨이브 시스템은 궤도를 도는 데 약 8 만 t의 물질을 발사해야하므로 이러한 시스템의 에너지 비용은 현재의 재생 가능 에너지보다 훨씬 비쌉니다. 일부 과학자들은 소행성이나 달의 물질에서 태양열 위성을 생산할 수있는 오프 – 월드 산업 기반이 개발되거나 로켓트 이외의 급진적 인 새로운 우주 발사 기술이 우주에서 사용될 수 있다면 먼 미래에 이것이 변할 것이라고 추측한다. 미래.
이러한 시스템을 구현하는 비용 외에도 SBSP는 궤도에서 지구 표면으로 에너지를 전송하여 사용하는 문제를 포함하여 몇 가지 기술적 장애물을 도입합니다. 지구 표면에서 궤도에 이르는 위성으로 이어지는 와이어는 현재의 기술로는 실용적이거나 실현 가능성이 없으므로 SBSP 설계는 일반적으로 변환 효율의 저하와 함께 무선 전력 전송의 사용을 비롯하여 필요한 안테나 스테이션에 대한 토지 이용 우려를 포함합니다. 지구의 표면에서 에너지를받습니다. 수집 위성은 태양 에너지를 보드상의 전기 에너지로 변환하고, 마이크로 웨이브 송신기 또는 레이저 이미 터에 전원을 공급하고,이 에너지를 지구 표면의 수집기 (또는 마이크로파 렉 테나)로 전송합니다. 대중 소설과 비디오 게임에서 SBSP의 출현과는 반대로, 대부분의 설계는 송신 위성의 빔이 코스를 벗어나서 돌아 다니는 것처럼 인간이 우연히 노출되면 유해하지 않은 빔 에너지 밀도를 제안합니다. 그러나 필요한 수신 안테나의 광대 한 크기는 최종 사용자 근처에서 대규모의 토지를 확보하여 이러한 목적으로 조달 및 전용 할 것을 요구합니다. 우주 환경에 대한 장기간의 노출로 인한 방사선 및 마이크로 메소로 데의 손상을 포함하여 우주 기반 수집기의 서비스 수명 또한 SBSP의 관심사가 될 수 있습니다.
SBSP는 일본, 중국, 러시아가 적극적으로 추진하고 있습니다. 2008 년 일본은 Space Solar Power를 국가 목표로 설정 한 기본 우주 법을 통과 시켰으며 JAXA는 상용 SBSP에 대한 로드맵을 가지고 있습니다. 2015 년 중국 우주 기술 아카데미 (CAST)는 국제 우주 개발 회의 (ISDC)에서 로드맵을 발표하고 2050 년 1GW 상업용 시스템에 대한 로드맵을 발표하고 비디오 및 설명을 발표했습니다.
도전 과제
가능성
SBSP 개념은 공간이 태양력 수집을 위해 지구의 표면보다 몇 가지 큰 이점을 가지고 있기 때문에 매력적입니다.
그것은 공간과 태양 전체에서 항상 태양의 정오입니다.
표면을 모으는 것은 대기 가스, 구름, 먼지 및 기타 기상 현상과 같은 장애물이 없어 훨씬 더 강렬한 햇빛을받을 수 있습니다. 결과적으로, 궤도상의 강도는 지구 표면에서 얻을 수있는 최대 강도의 약 144 %입니다.
위성은 99 %의 시간 동안 조명 될 수 있으며, 지구의 그림자에서 봄과 가을에 밤에는 최대 72 분 동안 자정에있게됩니다. 궤도에 놓이는 인공위성은 하루 24 시간 지속적으로 높은 태양 복사에 노출 될 수 있지만 지구 표면 태양 전지 패널은 현재 하루 평균 29 %의 전력을 수집합니다.
권력은 상대적으로 신속하게 직접적으로 가장 필요로하는 영역으로 리디렉션 될 수 있습니다. 수집 위성은 지리적 기본로드 또는 피크 부하 전력 요구에 따라 다양한 표면 위치에 대한 수요에 따라 전력을 공급할 수 있습니다. 피킹 파워가 일시적이기 때문에 일반적인 계약은 기저 부하, 연속 전력에 대한 것입니다.
식물과 야생 동물의 간섭을 제거합니다.
매우 큰 규모의 구현, 특히 더 낮은 고도에서, 잠재적으로 지구 표면에 도달하는 태양 복사를 줄일 수 있습니다. 이것은 지구 온난화의 영향을 줄이기 위해 바람직 할 것이다.
단점
SBSP 개념에는 여러 가지 문제가 있습니다.
우주에 인공위성을 발사하는 데 드는 막대한 비용
공간에서 지구 표면으로의 효율적인 전력 전달을 방해하는 얇은 배열 저주
접근하기 어려움 : 지구를 기반으로하는 태양 전지 패널의 유지 보수는 비교적 간단하지만, 우주에서 태양 전지판의 건설 및 유지 보수는 전형적으로 전방위 적으로 수행됩니다. 비용 외에도 GEO (동기식 지구 궤도)에서 근무하는 우주 비행사는 허용 할 수 없을 정도로 높은 방사능 위험 및 위험에 노출되어 있으며 천체 발파를 통해 수행 된 동일한 작업보다 약 천 배의 비용이 소요됩니다.
우주 환경은 적대적이다. 패널은 지구에서 약 8 배의 열화를 겪습니다 (자기권에 의해 보호되는 궤도를 제외하고).
우주 파편은 우주의 큰 물체에 대한 주요 위험이며 SBSP 시스템과 같은 모든 대형 구조물은 궤도 파편의 잠재적 인 원천으로 언급되었습니다.
마이크로파 다운 링크 (사용된다면)의 방송 주파수는 다른 위성들로부터 SBSP 시스템을 격리시키는 것을 요구할 것이다. GEO 공간은 이미 잘 사용되고 있으며 ITU가 SPS 발사를 허용하지 않을 것으로 여겨진다. [관련없는 인용문]
지상에 수신 국의 큰 크기와 해당 비용.
광자에서 전자로 변환 된 광자로의 여러 단계의 변환 과정에서의 에너지 손실.
디자인
우주 기반 태양 광 발전은 본질적으로 세 가지 요소로 구성됩니다 :
태양 전지에 반사경 또는 팽창 식 거울로 태양 에너지를 공간에서 수집
마이크로 웨이브 또는 레이저를 통한 지구로의 무선 전력 전송
지구상에서 렉 테나, 마이크로파 안테나
공간 기반 부분은 상대적으로 약한 갯벌 응력 이외에 중력에 대해 스스로를지지 할 필요가 없다. 육지의 바람이나 날씨로부터 보호 할 필요는 없지만 마이크로 미터와 태양 플레어와 같은 우주 위험에 대처해야합니다. 태양 광 발전 (PV)과 태양 광 발전 (SD)의 두 가지 기본 전환 방법이 연구되었습니다. SBSP의 대부분의 분석은 햇빛을 전기로 직접 변환하는 태양 전지를 사용하는 광전지 변환에 초점을 맞추고 있습니다. 솔라 다이내믹은 거울을 사용하여 보일러에 빛을 집중시킵니다. 태양 동력의 사용은 와트 당 질량을 줄일 수 있습니다. 무선 전력 전송은 다양한 주파수에서 마이크로파 또는 레이저 복사를 사용하여 수집 물에서 지구 표면으로 에너지를 전송하는 수단으로 초기에 제안되었습니다.
마이크로 웨이브 동력 전달 장치
William C. Brown은 1964 년 Walter Cronkite의 CBS News 프로그램에서 마이크 로파 빔을 통한 비행에 필요한 모든 힘을받은 마이크로파 구동 모델 헬리콥터를 시연했습니다. 1969 년에서 1975 년 사이, Bill Brown은 1 마일 (1.6km) 거리에서 84 % 효율로 30kW의 전력을 전송하는 JPL Raytheon 프로그램의 기술 이사였습니다.
수 킬로와트의 마이크로파 전력 전송은 캘리포니아 주 골드 스톤 (1975)과 레위니옹 섬 그랜드 바싼 (1997)의 기존 테스트로 잘 입증되었습니다.
최근에 마우이의 산 정상과 하와이 섬 (92 마일 떨어진) 사이의 태양 에너지 포집과 함께 마이크로파 전력 전달이 John C. Mankins의 팀에 의해 시연되었습니다. 어레이 레이아웃, 단일 복사 소자 설계 및 전체 효율, 관련 이론적 한계와 관련한 기술적 어려움은 현재 “Solar Power Transmission을위한 전자기 무선 시스템 분석”특별 세션에서 시연 된 바와 같이 연구 대상이되고 있습니다 “IEEE 2010 년 IEEE Symposium on Antennas and Propagation에서 개최 될 예정이다. 2013 년에는 우주에서 지상으로의 마이크로 웨이브 전력 전송과 관련된 기술 및 문제를 다루는 유용한 개요가 게시되었습니다. 여기에는 SPS에 대한 소개, 현재 연구 및 향후 전망이 포함됩니다. 또한, 마이크로 웨이브 전력 전송을위한 안테나 어레이의 설계에 대한 현재의 방법론 및 기술에 대한 리뷰는 Proceedings of the IEEE
레이저 파워 빔
레이저 파워 빔은 우주 산업의 산업화를위한 디딤돌로서 NASA의 일부에 의해 계획되었다. 1980 년대에 NASA의 연구자들은 주로 태양 광 레이저의 개발에 초점을 맞추어 우주에서 우주로의 파워 빔 전송을위한 레이저의 잠재적 인 사용에 대해 연구했습니다. 1989 년에 지구로부터 우주까지 레이저로 힘이 유용하게 전달 될 수 있다고 제안되었다. 1991 년에 달 기본에 전력을 공급하기위한 레이저 전력 빔의 연구를 포함하는 SELENE 프로젝트 (SpacE Laser ENErgy)가 시작되었습니다. SELENE 프로그램은 2 년 간의 연구 활동 이었지만 개념을 운영 상태로 옮기는 데 드는 비용은 너무 높았으며 공식 프로젝트는 우주 기반 시위에 이르기 전에 1993 년에 끝났습니다.
1988 년에 우주 추진을 위해 전기 추진기에 전력을 공급하는 지구 기반 레이저의 사용이 Grant Logan에 의해 제안되었으며 1989 년 기술 세부 사항이 완성되었습니다. 그는 600도에서 작동하는 다이아몬드 태양 전지를 사용하여 자외선 레이저 광을 변환하는 방법을 제안했습니다.
궤도 위치
정지 궤도에서 우주 발전소를 배치하는 주된 이점은 안테나 기하 구조가 일정하게 유지되므로 안테나를 정렬하는 것이 더 간단하다는 것입니다. 또 다른 장점은 첫 번째 우주 발전소가 궤도에 오자 마자 거의 연속적인 동력 전달이 즉시 가능하다는 것이다. 다른 우주 기반 발전소는 거의 지속적인 전력을 생산하기 전에 훨씬 더 긴 시동 시간을 갖는다. GEO (정지 궤도 궤도) 우주 기반 태양 광 발전의 선구자로 LEO (저궤도 궤도) 우주 발전소 모음이 제안되었습니다.
지구 수신기
지구 기반의 렉 테나는 다이오드를 통해 연결된 많은 짧은 쌍극자 안테나로 구성 될 것입니다. 위성으로부터의 전자파 방송은 약 85 %의 효율로 쌍극자에 수신 될 것이다. 기존의 마이크로 웨이브 안테나의 경우 수신 효율은 좋지만 비용과 복잡성 또한 상당히 높습니다. Rectennas는 아마도 수 킬로미터에 걸쳐있을 것입니다.
우주 어플리케이션
레이저 SBSP는 또한 달이나 화성의 표면에있는 기지에 차량을 동력으로 공급할 수있어 동력원 착륙 비용을 절약 할 수 있습니다. 우주선 또는 다른 위성도 동일한 수단으로 동력을 공급받을 수 있습니다. Space Solar Power에 관한 NASA에 제출 된 2012 년 보고서에 저자는 우주 태양 광 발전 기술의 또 다른 잠재적 인 용도가 행성 간 인간 탐사 임무에 사용될 수있는 Solar Electric Propulsion Systems에 대한 것이라고 언급했다.
시작 비용
SBSP의 개념 중 하나는 우주 발사 비용과 발사해야 할 물질의 양입니다.
발사 된 물질의 상당 부분은 최종 궤도에 즉시 전달 될 필요가 없으며 고효율 (그러나 느린) 엔진이 SPS 물질을 허용 가능한 비용으로 LEO에서 GEO로 이동할 수있는 가능성을 높입니다. 예로는 이온 추진 장치 또는 핵 추진 장치가 있습니다. 마이크로파에 의한 정지 궤도로부터의 전력 빔은 요구되는 ‘광학적 구경’크기가 매우 크다는 어려움을 낳는다. 예를 들어, 1978 NASA SPS 연구는 2.45 GHz의 마이크로 웨이브 빔에 대해 직경 1km의 송신 안테나와 직경 10km의 수신 렉 테나가 필요했습니다. 이 크기는 대기 흡수가 증가하고 비나 물방울에 의한 잠재적 인 광선 막힘을 일으키더라도 짧은 파장을 사용함으로써 다소 감소 할 수 있습니다. 섬세한 배열의 저주 때문에 여러 개의 작은 위성의 빔을 결합하여 좁은 빔을 만들 수 없습니다. 송신 안테나와 수신 안테나의 크기가 크기 때문에 SPS의 최소 실용적인 전력 레벨이 필연적으로 높다는 것을 의미합니다. 소형 SPS 시스템은 가능하지만 비경제적인 것입니다.
문제의 규모에 대한 아이디어를 얻으려면 태양 광 패널 질량을 킬로와트 당 20kg으로 가정하면 (지지 구조, 안테나 또는 모든 집속 미러의 중요한 질량 감소를 고려하지 않고) 4GW 발전소의 무게는 약 80,000 미터 톤, 모두 현재 상황에서 지구에서 발사 될 것입니다. 매우 가벼운 디자인은 1kg / kW를 달성 할 수 있는데, 이는 같은 4GW 용량 스테이션을위한 태양 전지 패널에 대해 4,000 미터 톤을 의미합니다. 이것은 40 ~ 150 리터 발사체 (HLLV) 발사가 낮은 지구 궤도로 물질을 보내고, 하위 어셈블리 태양 전지 어레이로 변환 될 가능성이 있으며, 그 다음 고효율 이온 엔진 스타일을 사용할 수 있습니다 GEO (정지 궤도)에 (천천히) 도달하는 로켓. 셔틀 기반 HLLV의 직렬 발사 비용은 5 억 ~ 8 억 달러, 대체 HLLV는 7800 만 달러로, 총 론칭 비용은 110 억 달러 (저비용 HLLV, 저중량 패널)에서 320 억 달러 비싼 ‘HLLV, 더 무거운 패널). 이러한 비용은 지구 기반 에너지 생산과 비교하여 사용되는 경우 무거운 우주 발사 임무의 환경 영향을 추가해야합니다. 비교를 위해 새로운 석탄 또는 원자력 발전소의 직접 비용은 GW 당 30 억 달러에서 60 억 달러 (CO2 배출량 또는 사용 후 핵연료 저장시 환경에 대한 전체 비용은 제외)입니다. 또 다른 예로 달에 대한 아폴로 임무는 인플레이션을 감안할 때 총 240 억 달러 (1970 년 달러)의 비용이 소요되며 현재 국제 우주 정거장 건설보다 비싼 1400 억 달러가 소요됩니다.
우주에서의 건축
궤도에 진입 한 달 재료
제라드 오닐 (Gerard O’Neill)은 1970 년대 초에 높은 발사 비용 문제를 지적하면서 SPS를 달에서 나온 물질로 궤도에 올리라고 제안했습니다. 달의 발사 비용은 잠재적으로 지구보다 낮습니다. 중력이 낮고 대기의 항력이 부족하기 때문입니다. 이 1970 년대의 제안은 NASA의 우주 왕복선에 대한 그 당시 광고 된 미래의 발사 비용을 상정했습니다. 이 접근법은 달에 대량 운전수를 설립하기 위해 상당한 자본 투자를 필요로합니다. 그럼에도 불구하고, 1979 년 4 월 30 일, NASA 계약 NAS9-15560에 의거 한 General Dynamics의 Convair Division의 최종 보고서 ( “우주 건설을위한 음력 자원 활용”)는 달 자원의 사용이 지구의 자료보다 저렴할 것이라고 결론 지었다. 10GW 용량의 30 개 미만의 태양 광 위성 위성 시스템.
1980 년 우주 왕복선에 대한 NASA의 발사 비용 견적이 대폭 낙관적이었을 때, O’Neill et al. 훨씬 적은 시동 비용으로 달 물질을 사용하여 제조하는 또 다른 경로를 발표했습니다. 이 1980 년대 SPS 개념은 지구에 주둔하는 노동자의 원격 제어하에 달 표면에 부분적으로 자체 복제 시스템에 우주 공간에서 인간의 존재에 덜 의존했다. 이 제안의 높은 순 에너지 증가는 달의 훨씬 얕은 중력 우물에서 파생됩니다.
우주에서 원료의 파운드 당 상대적으로 저렴한 소스를 갖는 것은 저 질량 디자인에 대한 우려를 줄여서 다른 종류의 SPS가 만들어지게합니다. O’Neill의 비전에서 음력 재료의 파운드 당 비용은 태양력 위성보다 궤도 상에 더 많은 시설을 생산하기 위해 음력 재료를 사용함으로써 지원 될 것입니다. 달에서 발사를위한 진보 된 기술은 달 재료에서 태양력 위성을 만드는 비용을 줄일 수 있습니다. 제롬 피어슨 (Jerome Pearson)이 처음으로 기술 한 달 질량 운전사와 달 공간 엘리베이터가 제안되었습니다. 그것은 달에 실리콘 광업 및 태양 전지 제조 시설을 설립해야 할 것입니다.
달에
물리학자인 데이비드 크리스 웰 (David Criswell)은 달이 태양 광 발전소의 최적 위치이며 달에 기반한 태양 광 발전을 촉진한다고 제안했다. 그가 예상하는 주된 장점은 현장에서의 자원 활용, 원격 작동 모바일 공장 및 크레인을 이용한 마이크로 웨이브 반사경 조립 및 태양 전지 조립 및 포장 로버에서의 건설이 대부분이며, 이로 인해 발사 비용이 크게 절감됩니다. SBSP 디자인. 지구 주위를 공전하는 전력 중계 위성과 마이크로 웨이브 빔을 반사하는 달 또한이 프로젝트의 일부입니다. 1GW의 데모 프로젝트는 500 억 달러부터 시작됩니다. 시미즈 (Shimizu Corporation)는 전력 중계 위성과 함께 루나 링 (Luna Ring) 개념에 레이저 및 전자 레인지의 조합을 사용합니다.
소행성에서
소행성 광업도 심각하게 고려되었다. 미 항공 우주국 (NASA)의 설계 연구는 50 만톤 규모의 소행성 파편을 정지 궤도로 돌려 보낼 10,000 톤 광산 용 차량 (궤도에 조립)을 평가했다. 광업 선박의 약 3,000 톤만이 전통적인 항공 우주 등급의 탑재 물이 될 것입니다. 나머지는 대중 운전자 엔진의 반응 질량이 될 것이며, 이는 탑재량을 발사하는데 사용 된 낭비 된 로켓 단계가 될 수 있습니다. 반환 된 소행성의 100 %가 유용하고 소행성 광산 자체가 재사용 될 수 없다고 가정하면 이는 발사 비용을 거의 95 % 감소시킨 것입니다. 그러나 그러한 방법의 진정한 장점은 후보 소행성에 대한 철저한 광물 조사에 달려있다. 지금까지 우리는 그들의 구성에 대한 견적만을 가지고 있습니다. 한 가지 제안은 지구 궤도에 소행성 아포피스를 포획하여 5GW의 150 태양력 위성 또는 더 큰 소행성으로 변환하는 것입니다. 1999 AN10은 아포 스피 크기의 50 배이며 5,500 기가 와트의 태양력 위성을 구축하기에 충분합니다
비 전형적인 구성 및 아키텍처 고려 사항
일반적인 참조 시스템 시스템은 GEO의 개별 위성에 상당한 수 (수천 기가 멀티 기가 와트 시스템으로 지구의 에너지 요구 사항의 전부 또는 상당 부분을 처리합니다.)가 포함됩니다. 개별 위성에 대한 일반적인 기준 설계는 1-10 GW 범위이며 일반적으로 에너지 수집기 / 변환과 같은 평면 또는 집중 태양 광전지 (PV)를 포함합니다. 가장 일반적인 전송 설계는 대기에서 최소 손실이있는 1-10 GHz (2.45 또는 5.8 GHz) RF 대역에 있습니다. 인공위성을위한 재료는 지구에서 유래되어 지구상에서 제조되며 재사용 가능한 로켓 발사를 통해 LEO로 수송 될 것으로 예상되며 화학 또는 전기 추진을 통해 LEO와 GEO 사이에서 운송됩니다. 요약하면 아키텍처 선택은 다음과 같습니다.
위치 = GEO
에너지 수집 = PV
위성 = 단일체 구조
전송 = RF
재료 및 제조 = 지구
설치 = RLV에서 LEO로, 화학에서 GEO로
참조 시스템에는 여러 가지 흥미로운 디자인 변형이 있습니다.
대체 에너지 수집 위치 : GEO는 지구와의 근접성, 단순화 된 포인팅 및 추적, 아주 짧은 시간의 교착 및 모든 글로벌 수요를 여러 번 충족시킬 수있는 확장 성으로 인해 가장 일반적이지만 다른 위치가 제안되었습니다.
썬 어스 L1 : 로버트 케네디 3 세, 켄 로이, 데이비드 필드 (David Fields)는 멀티 테라 와트 (multi-terawatt) 1 차 콜렉터가 일련의 LEO 태양 동기 수신기 위성으로 에너지를 되돌려주는 “다이슨 도트 (Dyson Dots)”라고 불리는 L1 차양의 변형을 제안했다. 지구와의 거리가 멀어지면 전송 거리도 커집니다.
달 표면 : 데이비드 크리스 웰 (David Criswell) 박사는 음력 표면을 수집 매체로 사용하여 지구 궤도에있는 일련의 마이크로 웨이브 반사기를 통해지면에 전력을 전달할 것을 제안했습니다. 이 접근법의 가장 큰 장점은 에너지 비용과 발사의 복잡성없이 현장에서 태양열 집열기를 제조 할 수 있다는 것입니다. 단점은 훨씬 더 먼 거리, 더 큰 전송 시스템, 달의 밤 처리에 필요한 “overbuild”및 반사경 위성의 충분한 제조 및 가리키는 어려움이 필요하다는 점입니다.
MEO : MEO 시스템은 우주 공간 유틸리티 및 빔 파워 추진 인프라 용으로 제안되었습니다. 예를 들어, Royce Jones의 논문을보십시오.
고도의 타원형 궤도 : Molniya, Tundra 또는 Quazi Zenith 궤도는 틈새 시장을위한 초기 위치로 제안되었으므로 접근성을 유지하고 양호한 지속성을 제공합니다.
Sun-Sync LEO :이 가까운 극지 궤도에서 인공위성은 지구를 중심으로 회전하면서 항상 태양을 향하게하는 속도로 진행합니다. 이것은 훨씬 적은 에너지를 필요로하는 궤도에 쉽게 접근 할 수 있으며, 지구와의 근접성은 더 작은 (그러므로 덜 거대한) 전송 구멍을 필요로합니다. 그러나이 접근법의 단점은 지속적으로 수신 국을 전환해야하거나 버스트 전송을 위해 에너지를 저장해야한다는 점입니다. 이 궤도는 이미 붐비 며 중요한 공간 찌꺼기가 있습니다.
적도 LEO : 일본의 SPS 2000은 적도의 LEO에 참가한 여러 적도 국가들이 약간의 힘을받을 수있는 초기 시연자를 제안했습니다.
지구 표면 : Narayan Komerath 박사는 지구의 한쪽에있는 기존의 그리드 또는 발전소에서 발생하는 초과 에너지를 궤도까지, 다른 위성으로, 수신기까지 전달할 수있는 공간 전력 그리드를 제안했습니다.
에너지 수집 : 태양 광 위성에 대한 가장 일반적인 설계에는 태양 전지가 포함됩니다. 이것들은 평평하고 (일반적으로 수동적으로 냉각 된), 농축 된 (아마도 적극적으로 냉각 된) 것일 수 있습니다. 그러나 여러 가지 흥미로운 변형이 있습니다.
태양열 : Solar Thermal의 지지자는 집중 가열을 사용하여 유체의 상태 변화가 회전 기계를 통해 에너지를 추출하고 라디에이터에서 냉각되도록 제안했습니다. 이 방법의 장점은 전반적인 시스템 질량 (논쟁), 태양풍 손상으로 인한 비 분해 및 방사 내성을 포함 할 수 있습니다. 키이스 헨슨 (Keith Henson)의 최근 열 태양 광 발전 위성 설계가 여기에서 시각화되었습니다.
태양 광 펌프 레이저 : 일본은 햇빛이 직접 지구에 일관된 빔을 만드는 데 사용되는 레이저 매체를 흥분시키는 태양 펌핑 레이저를 추구 해왔다.
융합 붕괴 :이 버전의 인공위성은 “태양”이 아닙니다. 오히려 공간의 진공은 전통적인 융합을위한 “버그가 아닌 특징”으로 간주됩니다. Paul Werbos 박사에 따르면, 융합 후에도 중성 입자는 충분히 큰 부피로 전류로의 직접 변환을 허용하는 하전 된 입자로 붕괴된다. [표창장은 필요로했다]
Solar Wind Loop : Dyson-Harrop 위성이라고도합니다. 여기서 인공위성은 태양으로부터의 광자가 아니라 전자기 결합을 통해 큰 루프에서 전류를 생성하는 태양풍의 대전 입자를 사용합니다.
직접 거울 : 빛을 지구로 직접적으로 반사시키는 초기 개념은 태양 광선이 평행하지 않고 원반에서 팽창하여 지구의 반점 크기가 상당히 크다는 문제를 안고있었습니다. Dr. Lewis Fraas는 기존의 태양 전지 배열을 확대하기 위해 일련의 포물면 거울을 연구했습니다.
대체 위성 아키텍처 : 일반적인 위성은 구조 트러스, 하나 이상의 수집기, 하나 이상의 송신기 및 경우에 따라 기본 및 보조 반사기로 구성된 모 놀리 식 구조입니다. 전체 구조는 중력 구배가 안정화 될 수 있습니다. 대체 디자인 :
더 작은 위성의 떼 : 어떤 디자인은 자유 비행하는 더 작은 위성의 떼를 제안합니다. 이것은 여러 레이저 디자인의 경우이며 CALTECH의 Flying Carpets의 경우 인 것으로 보입니다. RF 설계의 경우 공학 제약은 희소 배열 문제입니다.
Free Floating Components : Solaren은 기본 반사경과 투과 반사판이 자유롭게 비행 할 수있는 모 놀리 식 구조의 대안을 제안했습니다.
스핀 안정화 : NASA는 스핀 안정화 박막 개념을 연구했습니다.
Photonic Laser Thruster (PLT) 구조 안정화 : Young Bae 박사는 광자 압력이 대형 구조물의 압축 부재를 대체 할 수 있다고 제안했다.
전송 : 에너지 전송을위한 가장 일반적인 설계는 10GHz 이하의 RF 안테나를 통해 지상의 렉 테나 (rectenna)에 연결하는 것입니다. Klystrons, Gyrotrons, Magnetrons 및 고체 상태의 이점 사이에는 논쟁이 있습니다. 대체 전송 방법에는 다음이 포함됩니다.
레이저 : 레이저는 첫 번째 힘에 훨씬 낮은 비용과 질량의 이점을 제공하지만 효율성의 이점에 관한 논란이 있습니다. 레이저는 훨씬 작은 송수신 구멍을 허용합니다. 그러나 고도로 집중된 빔은 안구 안전, 화재 안전 및 무기화 문제를 가지고 있습니다. 지지자들은이 모든 우려에 대한 답변을 갖고 있다고 생각합니다. 레이저 기반 접근법은 강수량을 극복하기위한 또 다른 방법을 찾아야 만한다.
대기 도파관 : 일부는 집중 파동이 흐를 수있는 대기 도파관을 만들기 위해 짧은 펄스 레이저를 사용할 수 있다고 제안했습니다.
스칼라 : 스칼라 파를 통해 전력을 전송하는 것이 가능할 수도 있다고 추측하는 사람들도 있습니다.
핵 합성 : 내부 태양계에 기반을 둔 입자 가속기 (궤도에서든 수성과 같은 행성에서든)는 자연 발생 물질로부터 핵연료를 합성하기 위해 태양 에너지를 사용할 수 있습니다. 이것은 연료에 포함 된 에너지의 양과 비교하여 연료를 제조하는 데 필요한 에너지의 양과 관련하여 현 기술을 사용하는 것은 매우 비효율적 일 것이지만 명백한 원자력 안전 문제를 제기 할 것입니다. 특히 수십 년 동안 사용되어 왔기 때문에, 특히 태양계 내 태양계에서 외부 태양계에 이르기까지 매우 먼 거리에서 특히 에너지를 보내는 가장 신뢰할 수있는 수단이되었습니다.
재료 및 제조 : 일반적인 설계는 지구상에 존재하는 개발 된 산업 생산 시스템을 사용하고 인공위성과 추진체 모두에 지구 기반 재료를 사용합니다. 변형은 다음과 같습니다.
음력 재료 : 다른 지역의 “비타민”을 아주 적은 양으로 입력하여 달의 레기 스트에서 99 % 이상의 재료를 얻는 태양 광 위성에 대한 설계가 있습니다. 달로부터의 발사가 이론적으로 지구보다 훨씬 덜 복잡하기 때문에 달의 물질을 사용하는 것이 매력적이다. 대기가 없으므로 구성 요소를 에어 셸에서 단단히 묶어 진동, 압력 및 온도 부하에서 견딜 필요가 없습니다. 발사는 자성체 운전자와 발사체 전체에 발사체 사용을 요구할 수 있습니다. 달에서 발사하면 GEO는 지구의 훨씬 깊은 중력보다 훨씬 적은 에너지를 필요로합니다. 지구 전체에 필요한 모든 에너지를 완벽하게 공급하기 위해 모든 태양 광 위성을 건설하는 데는 달 질량의 백만 분의 일이 필요합니다.
달에 자체 복제 : NASA는 1980 년 달에 자체 복제 공장을 탐험했습니다. 최근에 저스틴 루이스 – 웨버 (Justin Lewis-Webber)는 존 맨킨스 (John Mankins) SPS-Alpha 디자인을 기반으로 한 핵심 요소의 제조 방법을 제안했습니다.
Asteroidal Materials : 어떤 소행성은 달보다 물질을 회수하는 Delta-V가 더 낮다고 생각되며, 금속과 같은 관심있는 특정 물질은 좀 더 집중되거나 접근하기 쉽습니다.
In-Space / In-Situ 제조 : SpiderFab과 같은 개념은 in-space 첨가제 제조의 출현으로 현지 압출을위한 원료의 대량 출시를 허용 할 수 있습니다.
반대 의견
안전
전력의 마이크로 웨이브 전송의 사용은 SPS 설계를 고려할 때 가장 논쟁의 여지가있는 문제였다. 지구 표면에서 제안 된 마이크로 웨이브 빔은 중심에서 최대 강도가 23mW / cm2 (태양 광 조사 상수의 1/4 미만)이며 강도는 1mW / cm2 미만입니다 (렉 테나 fenceline 외부 수신기의 둘레). 이는 현행 미국 산업 안전 보건법 (OSHA)의 작업장 노출 제한값 인 10mW / cm2 (자발적인 조건으로 표현되고 연방 OSHA 시행 목적 상 집행 불가능한 것으로 판결 됨)과 비교됩니다. 따라서이 강도의 광속은 장기간 또는 무기한 노출의 경우에도 현재 안전한 작업장 수준과 비슷한 정도의 중심에 있습니다. 수신기 외부에서는 OSHA의 장기간 수준보다 훨씬 적습니다. 빔 에너지의 95 % 이상이 렉 테나에 떨어집니다. 나머지 전자 레인지 에너지는 전세계의 마이크로 웨이브 방출에 현재 부과 된 표준 범위 내에서 잘 흡수되고 분산됩니다. 가능한 한 많은 마이크로파 방사선을 렉 테나에 집중시키는 것이 시스템 효율에 중요합니다. 렉 테나 바깥에서는 전자 레인지의 강도가 급격히 떨어 지므로 인근 마을이나 다른 인간 활동에 전혀 영향을 미치지 않아야합니다.
빔에 대한 노출은 다른 방법으로 최소화 할 수 있습니다. 지상에서 물리적 접근은 펜싱 (fencing)을 통해 제어 가능하며, 빔을 통해 날아가는 일반적인 항공기는 승객에게 마이크로 웨이브를 가로채는 보호 금속 셸 (즉, 패러데이 케이지)을 제공합니다. 다른 항공기 (풍선, 초경량 등)는 현재 군대 및 기타 통제 영공을 위해 수행되는 항공 조명 통제 공간을 관찰하여 노출을 피할 수 있습니다. 빔 중앙의지면에서의 마이크로 웨이브 빔 세기는 설계되고 물리적으로 시스템에 내장됩니다. 단순히 송신기가 너무 멀리 떨어져서 너무 작아서 원칙적으로 안전하지 않은 수준으로 강도를 높일 수는 없습니다.
또한, 설계 제한은 마이크로파 빔이 야생 동물, 특히 조류를 해칠만큼 강렬해서는 안됩니다. 합리적인 수준에서 의도적으로 마이크로파를 조사한 실험은 여러 세대에 걸쳐서도 부정적인 영향을 미치지 못했습니다. 앞바다의 정사각형을 찾는 제안이 있었지만 부식, 기계적 스트레스 및 생물학적 오염을 포함하는 심각한 문제가 있습니다.
페일 세이프 빔 타겟팅을 보장하기 위해 일반적으로 제안되는 방법은 역방향 위상 배열 안테나 / 교정기를 사용하는 것입니다. 지상의 렉 테나의 중심에서 방출되는 “조종사”마이크로파 빔은 송신 안테나에서 위상 전선을 설정합니다. 여기서 각 안테나 서브 어레이의 회로는 파일럿 빔의 위상 프론트를 내부 클록 위상과 비교하여 출력 신호의 위상을 제어합니다. 이는 전송 된 빔이 렉 테나 (rectenna) 상에 정밀하게 중심이 맞추어 지도록하며 높은 위상 균일 성을 갖도록 강제한다; 파일럿 빔이 어떤 이유로 든 손실되면 (예를 들어, 송신 안테나가 렉 테나에서 멀어지면) 위상 제어 값이 실패하고 마이크로 웨이브 파워 빔이 자동으로 디 포커스됩니다. 이러한 시스템은 물리적으로 파일럿 빔 송신기가없는 곳에 파워 빔을 집중시킬 수 없다. 전리층을 통한 전자기 에너지의 장기 영향은 아직 연구되지 않았지만 중대한 영향을 미칠 수있는 것은 제시되지 않았다.