거의 1평방 마일의 땅에 걸쳐 연속 배열로 확장되는 광대한 태양 전지판 필드를 상상해 보십시오. 이제 이 이미지를 지구 표면에서 수만 마일 위에 있는 거대한 구조물이 있는 우주 공간으로 전송하면 태양 에너지가 달성하려는 우주 공간에 대한 아이디어를 얻게 될 것입니다.
이 에너지원에 대한 동기는 지상 태양 에너지에 대한 장점뿐만 아니라 대부분의 다른 에너지원과 차별화되는 특성에서도 비롯됩니다.
지지자들은 원격 위치 때문에 또는 관련 인프라가 존재하지 않기 때문에 전통적인 형태의 에너지를 활용하기 위해 고군분투하는 세계 일부 지역에 전력을 공급하는 데 도움이 될 수 있다고 말합니다.
우리는 왜 이것을 썼습니까?
우주의 태양광 패널은 외딴 지역이나 자연재해의 영향을 받는 지역에 전력을 공급할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 민간 기업 등이 이 기술을 개선하기 위해 노력하고 있습니다.
“태양광, 핵융합, 핵, 석탄 등 무엇을 말하든 공장이 어딘가에 있어야 하고 이를 지원할 인프라를 제공해야 합니다.”라고 전 미국 해군 연구소의 전자 엔지니어인 Paul Jaffe는 말합니다. “우주 태양광을 이용하면 위성에서 지구상 어느 곳으로든 전력의 방향을 바꿀 수 있습니다.”
기술은 발전하고 있다
이 기술이 공상과학의 영역을 넘어선다는 신호로 영국의 스타트업인 Space Solar는 최근 아이슬란드 에너지 회사와 세계 최초의 파트너십을 체결하여 2030년까지 우주에서 태양광 발전을 제공합니다. 이는 약 3,000가구에 전력을 공급할 만큼 충분한 위성을 구상하고 있습니다.
Space Solar는 또한 360도 전력 전송 기술을 최초로 시연함으로써 또 다른 이정표를 달성했습니다. 즉, 태양광 패널이 태양을 계속 바라보기 위해 어떻게 회전하더라도 지구로 전력을 다시 보낼 수 있음을 의미합니다.
한편, 캘리포니아에 본사를 둔 한 스타트업은 지구상의 태양광 패널이 사용할 수 있는 햇빛의 시간을 연장하기 위해 2025년까지 궤도를 도는 거울 별자리를 출시할 것이라고 밝혔습니다.
작년에 캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology)의 프로토타입이 우주에서 태양 에너지를 수집하여 처음으로 감지 가능한 양을 다시 보냈습니다. 중국과 일본도 각각 2028년과 2025년까지 이를 따를 예정이다.
Space Solar의 공동 CEO이자 공동 창업자인 Martin Soltau는 “저는 실제로 매우 낙관적입니다.”라고 말합니다. “현재 우주에는 화성탐사선처럼 더 복잡한 로봇이 있는데, 그 정도의 복잡성에 가까운 로봇은 필요하지 않습니다.”
우주 태양 에너지의 아이디어는 우리 행성의 기상 시스템의 변덕스러움을 넘어 태양 에너지를 수확하는 것입니다. 고도가 너무 높아서 태양 전지판의 태양 시야가 거의 가려지지 않습니다.
이러한 태양전지 어레이에 포착된 에너지는 전파(또는 경우에 따라 레이저)로 변환되어 무선 전력 전송 개념을 사용하여 지구상의 수신 스테이션으로 전송되며, 여기서 전파는 전기로 변환됩니다.
일부 버전에서는 장치가 단순히 거대한 거울 역할을 하여 햇빛을 행성 표면의 태양 전지판에 다시 반사하여 아침에 태양이 닿기 직전이나 황혼이 지기 직전에 에너지를 전기로 변환할 수 있습니다.
NASA의 대표적인 설계 연구에 따르면 이러한 햇빛 수확 구조물은 현재 궤도에 있는 어떤 구조물과도 크기가 비교할 수 없습니다. 국제 우주 정거장 크기의 3,000배에 달합니다.
비용이 가장 큰 장애물이다. 실제로 NASA 보고서에 따르면 우주 기반 태양 에너지는 지상 에너지보다 12~80배 더 비쌀 수 있습니다. 그러나 보고서에 따르면 기술이 너무 새롭기 때문에 가정을 해야 했다.
NASA의 기술, 정책 및 전략 부서의 고급 프로그램 책임자이자 보고서의 주요 저자인 Erica Rodgers는 “우리는 비용이 발사 및 제조 프로세스에 의해 좌우된다는 사실을 발견했습니다.”라고 말했습니다.
발사 비용의 경우, 10월 중순에 지금까지 제작된 로켓 중 가장 강력한 SpaceX의 Starship의 5번째 시험 비행으로 인해 증가했습니다. 세계 최초로 부스터 섹션이 우주 가장자리에 도달한 후 하강하여 발사대 타워에 있는 두 개의 강철 팔을 잡았습니다.
11월에 반복된 노력은 덜 성공적이었지만 SpaceX Falcon의 소형 로켓은 이미 재사용 가능성이 입증되었습니다. 그러나 이러한 미사일은 해상 플랫폼으로 돌아가므로 몇 주에 걸쳐 육지로 견인되어 보충되어야 합니다. 몇 시간 내에 재발사하려는 우주선의 열망은 엄청난 용량과 결합되어 우주 진입 비용을 크게 줄일 수 있습니다.
Space Solar의 Soltau 씨는 “스타쉽은 앞으로 필요할 역량입니다.”라고 말합니다. “유연하고 경쟁력을 유지하려면 수많은 출시 제공업체가 필요하지만 이 시장은 빠르게 진화하고 있습니다.”
일부 비평가들이 지적하는 한 가지 우려 사항은 우주 기반 태양 에너지 시스템을 궤도에 올려 놓음으로써 생성될 수 있는 온실가스 배출 수준입니다. 그러나 NASA 보고서는 생성된 각 전기 단위에 대한 배출량이 지상 청정 에너지 시스템을 구축하여 생성된 배출량과 일치할 가능성이 높다고 결론지었습니다.
비록 비용이 많이 들겠지만, 우주 기반 태양광 발전 능력은 비용을 완화할 수 있습니다.
예를 들어, 전력망에서 멀리 떨어져 있는 원격 채굴 작업은 평균 에너지 비용보다 훨씬 더 많은 비용을 지불해야 합니다. 그리드에 연결하거나 자체 전력을 생성하기 위한 전용 인프라를 구축하는 것보다 우주 기반 태양광 수신 스테이션을 구축하는 것이 더 저렴할 수 있습니다.
마찬가지로, 자연재해의 여파로 그리드가 심각한 손상을 입었을 때 임시 수신기를 충전하여 우주에 위치한 태양광 설비에서 전력을 얻을 수 있습니다.
이러한 시나리오에서는 초기에 비용이 계속 높더라도 이 기술이 출발점을 찾을 수 있다고 일부 사람들은 말합니다.
인간의 건강에 미치는 영향도 우려됩니다.
하지만 가격이 적당하고 기술이 순조롭게 발전한다고 해도 여전히 고민되는 부분이 있다.
국제 규정 및 표준을 확립하는 것은 여러 가지 이유로 중요합니다. 첫 번째는 “예를 들어 아프리카 국가가 안테나를 구축하고 그것이 표준에 따라 설계되어 모든 태양 위성으로부터 전력을 수신할 수 있도록” 상호 운용성을 보장하는 것이라고 Soltau는 말합니다.
다른 우려 사항으로는 지구에 전력을 보내면 통신 간섭이 발생하거나 인간의 건강에 해를 끼칠 수 있는지 여부가 포함됩니다.
우주 태양 전파에 사용되는 주파수는 다른 시스템에 최소한의 방해를 주는 주파수 범위로 조정될 수 있습니다. 작업자는 사용된 장비가 유해할 수 있는 수준보다 훨씬 낮은 최대 빔 강도를 방출한다는 것을 확신할 수 있습니다. 예를 들어, Space Solar는 자사의 기술이 정오에 태양 강도의 4분의 1보다 강한 어떤 것도 전송할 수 없다고 말합니다.
“이 비유는 집에 전기 건조기가 있는 경우 단열재와 시스템이 없으면 분명히 거기에 들어오는 전기가 매우 위험할 것이라는 점입니다.”라고 현재 국방고등연구계획국(Defense Advanced Research Projects Agency)에서 일하고 있는 Jaffe 박사는 말합니다. “우리는 우주 태양 에너지와 비슷한 일을 해야 할 수도 있습니다.”
