アシモフの宇宙からの太陽エネルギーの採取のビジョンは現実になるかもしれない

まるでSFから飛び出してきたようなアイデアだ。宇宙ステーションが地球の周りを周回し、太陽からエネルギーを集めて地球に送り込む。アイザック・アシモフは1941年に小説『理由』でこの概念を世に広め、それ以来、未来学者たちは夢見てきた。

しかし、この構想は単なる空想ではありません。世界中の宇宙機関が追求している非常に現実的な構想であり、現在の技術でほぼ実現可能です。地球のエネルギー危機の解決策となる可能性さえあります。

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私たちは、この構想の実現を望んでいる人物の一人、欧州宇宙機関の先端構想・研究局長レオポルド・サマーラー氏に、この夢を現実のものにするにはどうすればよいのかを話を聞いた。

より良い太陽光発電所の建設

宇宙太陽光発電の概念の簡略図。 — 宇宙太陽光発電の概念を簡略化した図。マンキンス著『宇宙太陽光発電のケース』/NASA

太陽光発電は、化石燃料や他のエネルギー源に比べて多くの利点があります。無料で利用可能で、再生可能、環境への影響が最小限、そして一般的にメンテナンスの手間も少ないといった利点があります。さらに、太陽光パネルの技術は常に向上しており、太陽からのエネルギーをより効率的に利用できるようになりました。

しかし、問題がないわけではありません。最大の問題の一つは貯蔵です。エネルギーは日中にしか収集できず、夜間に電力を供給するには大型バッテリーに貯蔵する必要があります。また、雲に覆われると収集できるエネルギー量が減少するため、天候にも左右されます。

しかし、宇宙に太陽光発電所を建設できれば、これらの問題は回避できます。そのような発電所は24時間太陽光発電が可能で、かさばるバッテリーに電力を蓄える必要がありません。さらに、軌道上に建設すれば地球の大気圏からの干渉も受けません。さらに、大都市など、最も必要とされる場所に電力を直接送電することも可能です。

空想的に聞こえるかもしれませんが、このアイデアは実は非常に理にかなっています。「一見すると、『えっ、本当？地球上に十分なスペースがあるのに、なぜこんな巨大な構造物を宇宙に送るんだ？』と思うようなコンセプトの一つです」とサマーラー氏は言います。しかし、よく考えてみると、このコンセプトには多くのメリットがあります。「気候変動からエネルギー安全保障まで、私たちが直面している多くの課題に対処するものなので、真剣に検討しないのは無責任と言えるでしょう」と彼は付け加えました。

宇宙は意味がある

軌道上太陽光発電所なんて馬鹿げているように思えるかもしれませんが、私たちが既に利用している宇宙技術とそれほど変わらないことを考えてみてください。サマーラー氏は、多くの宇宙船が太陽電池パネルを使って動いていることを指摘し、「宇宙にも太陽光発電所があり、その電力を現地で利用しているだけです」と付け加えました。

発電所を作るには、宇宙船で使用されているものよりもはるかに大きな太陽電池パネルが必要になり、高電圧に対応できるハードウェアを設計する必要があります。しかし、それは全く新しいソリューションを開発するのではなく、既存の技術を段階的に改良していくことで実現できるはずです。

電力の収集と分配の残り半分は送電の問題です。宇宙ステーションから地球へどのように電力を送るのでしょうか？これには、レーザーまたはマイクロ波を用いた無線電力伝送が必要です。このような技術は既に地球上で実証されており、長距離の無線送電が可能です。地球上で実現できるのであれば、宇宙でも実現できるはずです。

技術的な課題

もちろん、発電所を建設して軌道に乗せるのは決して簡単なことではありません。発電所ほどの巨大な構造物をいかに軌道に乗せるか、そして万が一何か問題が発生した場合に、どのように維持・修理するかが大きな課題の一つとなります。宇宙太陽光発電の推進者の多くは、衛星群の構築と打ち上げ方法が既に分かっている衛星群から始めることを提案しています。仮に1基が故障しても、他の衛星が引き続き稼働します。こうすることで、莫大で天文学的な費用がかかる一つのカゴに卵を詰め込むことなく、技術の活用方法を学ぶことができます。

効率の問題もあります。現在の無線電力伝送技術の効率には限界があります。実用上は、太陽光発電所は地球表面から500マイル（約800キロメートル）程度の低軌道に設置するのが望ましいでしょう。無線電力伝送の効率を向上させるとともに、発電所が集めた電力をすべて地球に送電できるだけの強力なアンテナを搭載する必要があります。

これらすべてを実現するテクノロジーはまだ準備ができていませんが、完全に手の届かないところにあるわけでもありません。

「明日打ち上げられるわけではありません」とサマーラー氏は説明した。「しかし一方で、必要な主要技術のいずれにおいても、実現を阻むような問題は今のところ見つかっていないのです。」

小さな協力的なコミュニティ

未来の電力システムの課題は技術的なものだけではありません。インフラの問題もあります。たとえ宇宙から太陽エネルギーを採取できたとしても、その電力を必要な場所に送電するには地球上のインフラが必要です。そのコストは誰が負担するのでしょうか？

「このプロジェクトは、ほぼ設計通り、国際協力から大きな恩恵を受けるでしょう」とサマーラー氏は述べた。理想的には、各国とその宇宙機関が国際協力し、リソースを共有して技術開発と打ち上げを共同で行うことになるだろうが、この分野における二大プレーヤーである米国と中国が現在、宇宙ミッションで協力していない現状では、実現は難しいかもしれない。

この協力は完全に自主的に行われています。

しかし、サマーラー氏は、クリーンで再生可能なエネルギー源の開発は誰にとっても利益となるため、この分野における国際協力については楽観的な見方をしている。この種の協力のモデルとして、核融合プロジェクトのエネルギー生成ポテンシャルを研究する国際協力プロジェクトであるITERがある。

宇宙太陽光発電に関しては、「政府間協力協定を結んだ共通の国際プロジェクトがまだ存在する段階ではない」とサマーラー氏は述べ、「協力は完全に自主的な形で行われている」と付け加えた。しかし、米国、中国、欧州、インドなど、この構想を研究している国々のコミュニティは小さく、「私たちはお互いをよく知っている」ため、「協力してアイデアや技術を交換する強い動機がある」とサマーラー氏は付け加えた。

欧州宇宙機関（ESA）は最近、宇宙太陽光発電に関する2件のコンセプトスタディ契約を締結しました。これは、SOLARIS構想の下でこのコンセプトがどの程度実現可能かを調査することを目的としています。早ければ2025年にも、この構想を真剣に検討するかどうかの決定がなされる可能性があります。

月を踏み石として

アポロ11号の宇宙ミッション中に月から見た地球の眺め。 — 米航空宇宙局（NASA）

新しく開発された電力システムをテストするための有望な場所が、意外にもあるかもしれません。宇宙から地球に電力を送るのではなく、まず宇宙から月に電力を送ることでシステムをテストできるのです。

実際、多くの点で、地球に電力を送るよりも月に電力を送る方が簡単です。

宇宙で太陽エネルギーを集めて月面へ送るシステムを構築することで、「地球に電力を送る同様のシステムに必要な主要技術を実質的にすべて実証できる」とサマーラー氏は語った。

NASAなどの組織が月面に長期居住施設を建設し、常時電力を必要とする計画があることを考えると、これは理にかなっています。「大規模な施設を建設するには月面に電力が必要ですが、月面の電力源は非常に限られています」とサマーラー氏は言います。月の夜は寒くて長く、約2週間続きます。そのため、この期間に訪問者の生活を支えられる電力源が必要になります。原子力と太陽光発電は現実的な選択肢であり、将来のミッションに向けてこれらのシステムの開発に既に多くの焦点が当てられています。

多くの点で、地球よりも月への電力伝送の方が実際には簡単です。月には電力伝送を妨げる大気や雲がありません。そして、月面基地に必要な電力は地球よりもはるかに少なくなります。

宇宙太陽光発電ソリューションのテストが必要で、月面ミッション用の電力も必要ならば、この2つを組み合わせてみてはいかがでしょうか？「月は、宇宙太陽光発電がはるかに小規模でどのように機能するかを実証するための重要な技術を開発するための足がかりとなるかもしれません」とサマーラー氏は述べました。