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기타 미 국방부, 궤도에서 지상으로 에너지 전송하기 위한 시험 준비

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출처 https://www.defensenews.com/digital-show...-on-earth/

전진기지까지 연장선을 연결하기는 어렵다.

 

군사 전초 기지에는 많은 전력이 필요하지만 전기가 쉽게 공급되지 않는 곳에 위치하는 경우가 많다. 미 육군은 외딴 지역에 shop을 세울 때마다 태양 전지판 분야를 정확히 구축할 수 없으며 화석 연료는 비싸고 현장으로 운반하기 어려울 수 있다. 

 

육군이 필요로 하는 것은 제한된 기반 시설로 지구상의 어느 곳에서나 이용할 수 있는 에너지원이며 공군 연구소(AFRL)는 다음과 같은 솔루션이 있을 수 있다고 믿고 있다. : 궤도에서 에너지를 수집하여 지구로 보낼 수 있는 위성 장착 태양 전지판의 집합이다. 지상군 요원들은 이동 장비를 사용하여 지구 어디에서나 해당 에너지원에 연결할 수 있어 전진 작전 기지 전체에 전력을 공급하거나 단순히 무전기를 충전할 수 있다.

 

공상 과학 소설처럼 들리지만 AFRL 엔지니어는 가능하다고 말하며 빠르면 2024년에 기술 시연을 위해 노력하고 있다.

 

이 구상은 Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research(SSPIDR)라고 한다.

 

SSPIDR 수석 엔지니어 Mandy Self는 C4ISRNET에게 “SSPIDR은 일종의 기술 개발 포트폴리오다. 그래서 궁극적으로 우리의 목표는 우주에서 태양광을 모아 궤도에서 무선 주파수(RF)로 전환하는 태양에서 무선주파수 파워빔을 만들어내는 것이며, 정류 안테나 또는 렉테나에 의해 다시 전력으로 변환될 지상에 빔을 발사하는 것이다."라고 말했다.

 

AFRL은 그것이 달성 가능하다고 믿지만 거기에 도달하는 것은 여정이 될 것이다. SSPIDR은 점진적 접근 방식을 취하여 개념적 시스템의 여러 기술 요소를 성숙시키고 세 가지 시연으로 이어진다.  주력 사업은 그리스 신화에 따르면 최초의 거미로 변한 여성의 이름을 따서 명명된 아라크네(Arachne)로 2025년 궤도 시연으로 구성될 예정이다. 

 

SSPIDR의 주 계약자는 노드롭그루만이다. 회사는 태양광에서 RF로의 변환에 중점을 둔 1억 달러의 계약을 받았다. AFRL은 또한 고효율 태양 전지, 전개 가능한 우주 구조 등에 대해 다른 회사와 협력하고 있다고 셀프 엔지니어가 말했다.

 

그는 관련된 일부 기술은 이미 성숙했지만 소형화해야 한다고 말했다. 사실, 소형화는 SSPIDR을 현실로 만드는 데 있어 주요 과제 중 하나다. 우주에서 시스템의 최종 크기는 여전히 논의 중이지만, 실험실이 다양한 구성 요소를 얼마나 잘 소형화할 수 있는지와 전체 구조를 발사 페이로드로 얼마나 압축할 수 있는지에 크게 좌우된다. 현재 사용 가능한 기술 중 일부는 우주 기반 임무에 사용하기에는 너무 무거우므로 AFRL의 노력 중 큰 부분은 이러한 솔루션을 재작업하여 질량과 크기를 줄이는 것이다. 

 

이것은 태양으로부터 에너지를 수집하려는 모든 노력의 가장 중요한 측면으로 이어진다 :  태양 전지판. 기술은 항상 개선되고 있지만 일반적으로 태양 전지판의 표면적과 태양광 패널이 제공하는 전력량 사이에는 상관 관계가 있다. 작은 교통 신호에 전력을 공급하려면 1평방피트 패널이면 충분하다. SSPIDR은 그보다 훨씬 더 많은 전력과 패널이 필요하다.

 

셀프씨는 "태양광-RF 변환의 경우 항상 클수록 더 좋으므로 더 많이 넣을수록 더 좋다."라고 말했다. 

 

SSPIDR 통신 책임자인 Rachel Delaney는 AFRL의 목표는 - 해군 연구소에서 수행한 연구에 따르면 전진 작전 기지를 운영하기에 한 - 1,000kW의 전력을 생성할 수 있는 것이라고 말했다 문맥상, GPS III 위성은 약 4,500와트의 전력을 생성하는 48피트 날개 폭에 걸쳐 4개의 위성 어레이를 자랑한다. SSPIDR은 태양광 패널의 효율성과 어레이의 표면적을 확장하여 엔지니어가 찾고 있는 전력량을 생성해야 한다.

 

이를 가능하게 하기 위해 AFRL은 발사를 위해 상대적으로 작은 페이로드로 압축된 다음 궤도에서 제자리에 펼칠 수 있는 접이식 태양 전지판을 사용하려고 한다. 이는 위성에 대한 특이한 접근 방식은 아니지만 SSPIDR의 태양 전지판 규모는 참신할 수 있다. 

 

AFRL은 최근 뉴멕시코주 커틀랜드 공군 기지에 엔지니어가 1,000kW를 생성할 수 있을 만큼 충분히 클 뿐만 아니라 발사를 위해 효과적으로 접을 수 있는 태양 전지판을 개발하는 데 도움이 될 새로운 전개 가능한 구조 연구실을 열었다. 새 시설에는 팀이 지구의 중력을 상쇄하면서 전체 태양열 어레이를 배치할 수 있는 충분한 공간이 있어 위성이 작동할 무중력 우주 환경을 시뮬레이션하는 데 도움이 된다. 이를 통해 AFRL은 지구의 중력을 견디지 못하지만 궤도에서 충분히 작동할 더 가볍고 약한 재료로 전체 위성을 구축할 수 있다.

 

중요한 공간 절약형 혁신은 태양 에너지를 수집하고 RF로 변환하는 AFRL이 설계한 새로운 "샌드위치 패널"이다. 

 

셀프 연구원은 "한 쪽은 태양열이고 한쪽은 RF이며 중간에서 마법이 만들어진다. 그리고 우리는 그것을 가능한 한 얇고 가볍게 만들기 위해 정말로 노력하고 있다." 고 했다.

 

지상측면에는 우주에서 발사되는 RF 신호를 가져와 다시 사용 가능한 전력으로 변환하는 렉테나가 있다. 셀프 연구원은 그 기술은 엄청나게 유연하다고 말했다. 더 큰 렉테나는 전진 작전 기지의 모든 건물에 설치하여 우주에서 지속적으로 에너지를 공급할 수 있다. 그러나 훨씬 작은 규모로도 사용할 수 있다. 셀프씨는 더 작은 렉테나가 군인의 텐트에 내장되어 야외에서 라디오와 기타 전자 기기를 충전할 수 있다고 설명했다. AFRL은 현장에 가지고 다닐 수 있는 단순한 우산 모양의 디자인에 대해서도 논의했다. 단순히 펼치기만 하면 전력이 생긴다.

 

빔 경로에 있는 모든 사람은 코드가 필요 없는 올바른 장비만 있으면 해당 전원에 액세스할 수 있다. 그리고 빔은 크다. 최종 크기는 AFRL이 개발할 수 있는 최종 제품에 따라 다르지만 현재 엔지니어는 수십 킬로미터 규모의 커버리지 블랭킷을 제공할 것으로 기대하고 있다. 그리고 그것은 단 하나의 위성으로 이루어진다. AFRL은 중간 지구 궤도에 있는 Scorpion이라는 12개의 위성으로 구성된 전체 위성군이 행성의 어느 위치로든 전력을 발사하는 것을 구상하고 있다.

 

AFRL은 또한 유사한 프로젝트를 진행하고 있던 해군 연구소(NRL)과 파트너 관계를 맺었다. 해군 연구소는 2020년 5월 비밀스러운 X-37B 우주선에 태워 자체 시연 프로젝트인 광전지 무선 주파수 안테나 모듈(PRAM)을 우주로 보냈다. PRAM은 해군에서 개발한 태양광-RF 변환 패널을 테스트하고 있다. 

 

AFRL의 자체 시연 프로젝트인 Arachne은 실제로 RF를 다른 위치로 발사하여 더 멀리 나아갈 것이다. 이 실험은 우주에서 최초의 Northrop Grumman 샌드위치 패널을 테스트할 것이다. 첫 번째 패널은 2024년 회계연도에 제공될 예정이며, 그해 말이나 2025년 초에 발사될 예정이다. 
 






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