미 공군연구소의 우주 태양광 연구가 에너지를 빔으로 바꾸는 다음 단계로 나아가

노드롭그루만은 지상에서 전기로 수집될 수 있는 에너지인 태양 광선에서 수확된 에너지의 무선 전송을 포함하여 공군 연구소(AFRL)의 원거리 우주 기반 태양광 발전 프로젝트의 다음 지상 테스트를 앞두고 있다고 회사의 핵심 관계자가 밝혔다.

만약 성공한다면, 앞으로 몇 주 안에 그 실험은 태양 에너지 위성의 기초 기술을 입증하기 위한 상호 관련 하위 프로젝트들의 포트폴리오인 AFRL의 야심찬 우주 태양광 발전 증분 시연 및 연구(SSPIDR) 이니셔티브의 또 다른 걸음을 나타낼 것이다.

회사는 AFRL과 SSPIDR에 협력하고 있으며, 약 1,500만 달러의 자체 연구 자금을 프로젝트에 투입했다. 또한 2018년 AFLR로부터 아라크네(Arachne)라는 실험용 인공위성으로 1억 달러 이상을 받았다.

아라크네위성은 노스럽 그루먼이 개발한 우주태양광전력 무선주파수 통합전송실험(SSPRITE) 탑재체를 탑재해 태양에너지를 모으고 변환한다. 아라크네는 헬리오스 버스를 기반으로 할 것이며, 당연히 노스럽 그루먼 우주 시스템이 제공할 것이다. AFRL은 현재 2025년 초에 발사할 계획이며, 이후 수개월 동안 궤도상에서 시연할 계획이다.

아라크네는 12월에 첫 번째 중요한 이정표를 성공적으로 완료하여 태양 복사를 수집하고 이를 무선 주파수(RF) 에너지로 변환하기 위한 경량 타일의 지상 테스트를 성공적으로 완료했다. 태양광 발전 위성을 구축하는 다음 단계는 마이크로파 송신기 또는 레이저를 사용하여 해당 RF 에너지를 지상에 발사하는 것이다. 그리고 그것이 다음 몇 달 안에 예상되는 다음 지상 기반 테스트의 목표다.

이 프로젝트의 Northrop Grumman 펠로우인 Paul Matthews는 Breaking Defence와의 인터뷰에서 두 번째 시연에는 "태양광에서 RF로의 변환뿐만 아니라 무선 에너지 전송도 시연하기 위해" 소위 렉테나(안테나 정류용)가 포함될 것이라고 말했다.

전자기 에너지를 사용 가능한 전기로 변환하는 Rectennas는 현재 비접촉 신용 카드 및 RFID(무선 주파수 식별) 태그와 같은 소형 마이크로 전자 장치에 전원을 공급하는 데 사용된다.

물론 렉테나를 사용하여 전기를 생성하여 멀리 떨어진 공군 기지나 드론 떼에 무선으로 전력을 공급하는 것은 훨씬 더 큰 규모의 문제이며 오늘날의 기술을 사용하는 렉테나로 가득 찬 축구장을 필요로 한다. 그러나 그것은 미래의 문제이며 현재 SSPIDR 노력의 일부가 아니다.

그리고 이는 엔지니어링 문제와 확장 장애물 모두에 직면하여 아직 실행 가능한 것으로 입증되지 않은 우주 기반 태양광 발전을 위한 기술 중 하나일 뿐이다.

예를 들어, SSPRITE 하위 프로젝트에서 진행 중인 실험에는 필요한 많은 경량 전력 변환 타일 중 하나만 포함된다. Arachne 위성의 경우 AFRL은 이러한 타일 9개를 구축하고 통합할 계획이다.

태양 복사는 또한 위성에 탑재된 민감한 전자 장치의 문제다. 그리고 태양열 수집 구성 요소가 직접 노출되어야 한다는 점을 감안할 때 AFRL의 가장 중요한 SSPIDR 이니셔티브의 또 다른 부분은 열을 안전하게 처리하는 방법을 개발하는 데 있다. 우주 전력 적외선 규제 및 수명 분석을 위한 SPIRRAL이라는 실험은 "열 관리" 기술을 시연하고 2023년 국제 우주 정거장에서 비행할 예정이다.

Matthews씨는 또 다른 주요 과제는 태양광 발전 위성이 발사를 위해 매우 큰 위상 배열 안테나를 필요로 한다는 점이라고 말했다. 즉, 발사 중 저장을 위해 종이접기처럼 접었다가 위성이 궤도에 오르면 엉킴 없이 펼쳐야 할 뿐만 아니라 전송을 방해할 수 있는 변형을 지속적으로 모니터링하고 조정해야 한다.

그는 "물리학이 해결되었으므로 기술이 있습니다. 공학적 문제다"고 말했다. “매우 어려운 엔지니어링 문제입니다. 그래서 그것을 최소화하고 싶지 않습니다."