日, 세계 최초 우주 태양광 발전 지구 송전 실험 추진

일본이 우주에서 태양광 패널로 생성된 전기를 마이크로파를 이용해 지구로 송전하는 실험을 계획하고 있다. 일본 우주항공연구개발기구(JAXA), 일본 우주시스템대 및 기타 기관들이 이번 회계연도에 이 실험을 수행할 예정이다.
약 450킬로미터 고도에서 궤도에 약 2미터 너비의 태양광 패널을 탑재한 소형 위성을 발사해 전기를 마이크로파로 변환해 일본 내 목표 지점으로 전송한다.

이는 전력 부족 문제 해결과 향후 달 탐사에 도움이 될 수 있는 잠재적 세계 최초의 시도라고 29일(현지시각) 닛케이 아시아가 보도했다.


이 프로젝트는 일본어로 태양을 뜻하는 '오히사마 프로젝트'라고 불렸다.
이 실험은 위성이 설계대로 전기를 송신할 수 있는지 검증하고, 마이크로파 수신기를 지상에 얼마나 넓은 범위에 배치해야 하는지 결정할 것이다.

송신 전력은 20km에서 40km 범위에 걸쳐 퍼질 수 있다. 수신기는 도쿄 근처 사이타마 현을 중심으로 반경 40km 이내에 배치될 예정이다. 여러 차례 전송 시험이 수개월에 걸쳐 진행될 예정이다.

2023년, 캘리포니아 공과대학교는 위성에서 지상으로 마이크로파를 성공적으로 전송했다. JAXA 프로젝트는 우주에서 수신된 마이크로파로부터 전기를 추출하는 세계 최초가 되는 것을 목표로 하고 있지만, 위성의 발전 용량은 최대 720와트로 비교적 작다.

이 프로젝트는 또한 대기의 상층인 전리층에 미치는 마이크로파의 영향을 조사할 것이다. 이온층에는 전자와 이온으로 구성된 플라즈마가 존재한다. 만약 이 플라즈마가 위성 전력 전송에 의해 교란된다면, 지구 위치 측정 시스템(GPS)과 무선 통신에 사용되는 전파에 간섭을 일으킬 수 있다.
시험 위성은 일본 스타트업 스페이스 원이 개발 중인 카이로스 소형 로켓으로 발사될 예정이다.


우주 기반 태양광 발전은 기상의 영향을 받지 않으며, 우주에서 발견되는 강한 태양 복사를 활용하여 지상 시스템의 약 5배에 달하는 전력 생산 효율을 낼 수 있다. 이러한 시스템은 전기가 부족한 지역에 마이크로파를 통해 전력을 전송하는 데 사용할 수 있다.

JAXA는 2050년까지 약 3만 6,000km 고도의 정지궤도에 대형 전력 생산 위성을 발사하는 것을 목표로 하며, 이 위성은 원자력 발전소 수준인 1기가와트의 전력을 생산할 수 있다.
이러한 위성 건설 비용이 1조 2,000억 엔(약 75억 달러)까지 오를 수 있지만, 이 프로젝트의 목표는 발전 비용을 지상 태양광 발전 시설과 비슷한 킬로와트당 7~10엔 수준으로 유지하는 것이다.

이 비전을 실현하려면 2.5평방킬로미터에 달하는 태양광 패널 배치가 필요하다. JAXA는 우주에서 대형 구조물을 펼치고 건설하는 실험을 계획하고 있다.


우주 기반 태양광 발전은 1968년 미국에서 처음 제안되었으나, 장비를 운송하는 데 필요한 대형 로켓이 많아 아직 실현되지 못했다. 2010년대부터 로켓 발사 분야에 진입한 스페이스X 같은 기업들은 운송 능력을 늘리고 일부 장애물을 낮췄다.

우주에서 전기를 전송하는 기술은 달 탐사에도 활용될 수 있다. 미국 주도의 아르테미스 프로그램은 태양빛이 제한되어 전력 생산이 어려울 수 있는 달 남극 근처에 기지를 건설하는 것을 고려하고 있다.

달을 도는 발전 위성에서 전기를 송신하는 것은 남극 근처에서도 로봇과 로버에 전력을 공급할 수 있다.

JAXA 다나카 코지 부교수는 "오히사마 프로젝트는 위성 자세 및 마이크로파 제어 등 달 탐사에 활용 가능한 기술을 시연할 것"이라고 말했다.

일본 우주시스템대 위성 관측 부서 부국장 야나가와 히로키는 "전력 전송에 사용되는 마이크로파 주파수를 보호하기 위한 규칙이 필요하다"며 우주 기반 태양광 발전을 실현하려면 법적 틀 구축도 필요하다고 밝혔다.


신경원 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com