거대한 태양 전지판을 지구 궤도에 배치하고 전력을 다시 전송한다는 아이디어는 수십 년 동안 있었다. 우주에서는 더 이상 날씨나 행성의 낮과 밤 주기에 좌우되지 않고 햇빛이 대기를 통과할 필요가 없기 때문에 태양 복사 수준이 더 높기 때문에 가능성은 매력적이다.

그러나 지금까지 우주 기반 태양광 발전은 기술적 복잡성과 우주 기술의 용서할 수 없는 경제성으로 인해 공상 과학의 영역에 남아 있었다. 그러나 2013년에 1억 달러를 기부한 덕분에 Caltech의 여러 분야의 팀이 지난 10년 동안 조용히 작업하여 이를 실현하는 데 필요한 다양한 기술을 개발했다. 그리고 지난 화요일, 본격적인 우주 기반 태양열 발전소에 필요한 일부 주요 하위 시스템의 프로토타입이 테스트를 위해 SpaceX에 의해 궤도에 전달되었다.

향후 몇 개월 동안 Caltech Space Solar Power Project의 팀은 유연한 태양 전지판을 우주에서 펼칠 수 있는 시스템과 전력을 지구로 다시 전송하도록 설계된 기술을 테스트할 것이다. 그들은 또한 서로 다른 종류의 태양광 패널 기술이 가혹한 우주 환경에서 얼마나 잘 견디는지 평가할 것이다.

"무슨 일이 있어도 이 프로토타입은 중요한 진전이다. “여기 지구에서 작동하며 우주로 발사되는 모든 것에 필요한 엄격한 단계를 통과했다. 여전히 많은 위험이 있지만 전체 과정을 거치면서 귀중한 교훈을 얻었다.”

우주에서 태양 전지판을 만드는 것은 지구에서 하는 것보다 훨씬 더 복잡한 사업이다. 가장 큰 도전은 처음에 그것들을 거기에 도달시키는 것인데, 그것은 물질을 궤도로 발사하는 엄청난 비용으로 인해 제한된다. 결과적으로 팀은 발전 용량을 희생하지 않고 가능한 한 태양광 패널의 무게를 줄이는 데 집중해야 했다.

그들의 솔루션은 초박형 유연한 태양광 패널, 발전과 송전을 통합하는 독창적인 디자인, 더 작은 독립형 패널을 결합하여 대형 어레이를 만들 수 있는 새로운 모듈식 아키텍처를 결합한다.

그들의 디자인의 기본 단위는 전기로 변환되는 광전지 스트립에 햇빛을 직접 비추는 거울과 같은 태양열 집광기로 표면이 덮여 있는 몇 인치의 직사각형 타일이다. 표면 아래에는 태양 전지의 전력을 마이크로파로 변환하는 집적 회로가 있으며, 이 전력은 매우 얇고 유연한 패치 안테나 배열에 의해 타일 바닥 밖으로 전송된다.

이 설계는 생성된 전기를 중앙 송신기로 전송하기 위해 부피가 큰 배선이 필요하지 않기 때문에 상당한 무게 절감 효과를 가져온다. 그런 다음 이 타일을 스트립으로 배열하고 새로운 접는 구조로 통합하여 발사 시 콤팩트한 다음 우주에서 한 번 펼쳐진다.

그 결과 자체적으로 배치하고, 전력을 생성하고, 이를 지구로 다시 전송할 수 있는 독립형 우주선이 될 것이지만, 비전에는 이들 중 많은 것을 결합하여 육상 기반 시스템과 비슷한 양의 에너지를 생산할 수 있는 어레이를 만드는 것이 포함된다. 이러한 설정을 통해 어레이의 크기와 구성을 쉽게 조정할 수 있으며 개별 모듈이 손상되어도 전체 시스템이 작동하지 않게 되지 않는다.

이번 주에 시작된 실험은 이 아키텍처의 몇 가지 주요 기본 기술을 테스트하도록 설계되었다. DOLCE(Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment)라고 불리는 실험은 작은 쓰레기통 크기의 캐니스터에서 6x6피트 프레임을 배치하여 펼쳐지는 메커니즘을 테스트한다.

MAPLE(Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment)라고 하는 다른 장치는 우주에서 멀리 떨어진 곳에서 전력을 전송하도록 설계된 초경량 마이크로파 송신기 어레이를 테스트한다. ALBA라고 불리는 최종 실험은 가혹한 우주 환경에서 어떤 것이 가장 효과적으로 작동하는지 알아보기 위해 몇 달에 걸쳐 32가지 유형의 태양광 전지를 배치할 것이다.

모든 테스트가 계획대로 진행된다고 가정하면 연구원들은 비전을 현실화하는 데 필요한 핵심 기술 중 일부를 검증했을 것이다. 그러나 지구상의 태양광 발전 가격이 하락하고 태양광 발전의 간헐성을 다루기 위해 고안된 에너지 저장 기술의 보급이 증가함에 따라 아이디어의 경제성과 실용성에 대한 물음표가 있다.

이 기술은 장기적으로 중요한 역할을 할 수 있지만 John Timmer는 Ars Technica에 글을 쓴다. 대부분의 추정에 따르면 전력망의 약 70%를 재생 가능 에너지로 상당히 쉽게 전환할 수 있어야 하지만 계절 변화나 드문 기상 현상으로 인한 신뢰성 부족으로 더 높이 올라가는 것이 어려울 수 있다.

하루 24시간, 주 7일 사용할 수 있는 재생 에너지원은 지구상의 조건이 발전량 감소로 이어질 때 격차를 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 우리는 그것을 필요로 하기까지 아직 수십 년이 더 걸릴 가능성이 있지만 우주 기반 태양광 발전이 얼마나 복잡한지를 고려할 때 이제 이 기술에 대한 작업을 시작하는 것이 현명한 선택처럼 보인다.

이미지 출처: Caltech