ソーラレーザで宇宙ミッションに持続的に電力供給

December, 9, 2024, Edinburgh--Heriot-Watt Universityのチームを含む国際的な科学者たちは、宇宙で太陽エネルギーを収穫する革新的な新しい方法を開発する計画を発表した。

太陽光を直接レーザ光に変換し、衛星間や衛星から月面基地へ、さらには地球までなど、遠距離まで電力を伝送する新技術の実現を目指している。チームのアプローチは、バクテリアや他の植物や生物が光エネルギーを化学エネルギーに変換する方法、つまり光合成として知られるプロセスに触発されている。自然界の天然光合成構造を再利用することは、新しいレーザ技術の重要な要素を形成する。

成功すれば、彼らの革新的な技術は、世界の宇宙機関が月面基地や火星へのミッションなどの将来の取り組みを推進するのに役立つだけでなく、地上のワイヤレス電力伝送と持続可能なエネルギーソリューションのための新しい道を世界的に開く可能性がある。

APACEプロジェクトは、European Innovation CouncilとUK Research and Innovationの一部であるInnovate UKが共同で資金提供している。英国、イタリア、ドイツ、ポーランドの研究者が結集し、増え続ける衛星や将来の宇宙ミッションに信頼性の高い効率的な電力を提供する新しいタイプのソーラパワーレーザを開発している。

このシステムは、周囲の太陽光を吸収し、そのエネルギーを光合成サイクルの一部として目的のターゲット位置に送るのに非常に効率的な特定の光合成細菌の集光アンテナを再利用する。

チームは、宇宙環境への展開への適合性をテストして洗練する前に、まず実験室の条件下でアイデアを実現することを目指している。

研究チームはまず、極低温で生き残るために進化した特定の種類の細菌から、天然の光収集装置を抽出して研究することから始める。これらのバクテリアは、受け取る光のほぼすべての光子を捕らえて流すことができる特殊な分子アンテナ構造を持っており、自然界で最も効率的なソーラコレクタとなっている。

並行して、チームはこれらの構造の人工バージョンと、天然光収集機と人工光収集器の両方で機能する新しいレーザ材料を開発する。これらのコンポーネントは、新しいタイプのレーザ材料に組み合わされ、ますます大規模になるシステムでテストされる。

太陽光を電気に変換する従来の半導体ソーラパネルとは異なり、そのバイオインスパイアードシステムは、宇宙での複製の可能性を秘めた持続可能な有機プラットフォーム上に構築されている。そうすれば、電気仲介者に頼ることなく、直接前方に電力を分配することが可能になる。

ヘリオット・ワット大学フォトニクス・量子科学研究所のErik Gauger教授が、プロジェクトの理論的モデリングの側面を主導している。

「地球から送られてくる腐りやすい部品に頼らずに、宇宙で持続可能な発電を行うことは、大きな課題である。とは言え、生物は自給自足と自己組織化を利用する専門家だ。われわれのプロジェクトは、生物学的なインスピレーションを得るだけでなく、バクテリアの光合成機構にすでに存在する機能に便乗することで、宇宙の力のブレークスルーを達成するために一歩進んでいる。

「APACEプロジェクトは、太陽光を動力源とする新しいタイプのレーザを作成することを目指している。通常の太陽光は通常、レーザに直接電力を供給するには弱すぎるが、これらの特殊なバクテリアは、複雑に設計された集光構造を通じて太陽光を収集し、導くのに非常に効率的であり、太陽光から反応中心へのエネルギーフラックスを数桁効果的に増幅することができる。われわれのプロジェクトでは、このレベルの増幅を利用して、電気部品に頼らずに太陽光をレーザビームに変換する。

「われわれはすでに、国際宇宙ステーションでの研究などを通じて、宇宙でバクテリアを育てることが可能であることがわかっている。一部のタフなバクテリアは、オープンスペースへの露出さえ生き残っている。われわれの新技術が構築され、宇宙ステーションで使用されるようになれば、地元で発電するだけでなく、赤外線レーザビームを使用して衛星に電力を送ったり、地球に戻したりするルートを提供することもできる。

「この技術は、宇宙運用の進め方に革命を起こす可能性を秘めている。これにより、探査をより持続可能なものにすると同時に、地球上のクリーンエネルギー技術も進歩する。すべての主要な宇宙機関は、月面または火星のミッションを計画しており、われわれはそれらを強化するのを支援したいと考えている。」

研究チームは、3年以内に最初のプロトタイプをテストできると予想している。