무공해 태양 에너지 위성으로 포착해 지구로 보낸다

미 칼테크 팀 우주 내 에너지 송신 첫 성공

거대 전지판 대체 작은 장치 연결 방식 개발

[서울=뉴시스]미 캘리포니아 공대 연구팀이 우주에 발사한 저궤도파워송신 극초단파장치(Maple)가 태양력을 포집해 극초단파로 에너지를 송신하는 첫 우주 실험에 성공했다. 사진은 우주에서 실험이 성공해 LED 전구가 켜진 모습이다. (출처=칼테크 연구팀) 2023.6.8. *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스] 강영진 기자 = 우주에서 무공해 에너지인 태양 에너지를 포집해 지구로 무선으로 송신하는 기술이 처음 실험 단계에 도달할 정도로 진전됐다고 미 월스트리트저널(WSJ)이 7일(현지 시간) 보도했다. 다음은 기사 요약.

캘리포니아 공대(칼테크) 연구팀은 지난 1월3일 우주태양력검증기(Space Solar Power Demostrator)를 발사했다. 지난달부터 가동을 시작한 검증기에서 나온 결과가 긍정적이다. 연구를 주도한 칼테크의 엔지니어 알리 하지미리 박사는 “태양력 송신을 실현하는 길이 보인다”고 말했다.

유럽우주국(ESA)도 독자적인 설계도를 그리고 있다. 중국의 우주기술아카데미도 2028년까지 태양력 송신 위성 프로토타입을 개발하겠다고 발표했다. 미국의 군사 연구소들은 우주에서 동력을 원격 기지나 전투 지역에 송신하는 기술을 실험하고 있다.

이 기술 개발에서 가장 큰 어려움은 안전하고 효율적이며 일관되게 기가와트(GW) 규모의 에너지를 지상으로 송신해 전기로 바꾸는 일이다. 날씨에 영향을 받지 않고 대기를 통과하는 극초단파 빔이 선호된다. 유럽연합(EU) 집행위원회가 의뢰한 한 연구에 따르면 극초단파는 너무 약해서 사람의 건강을 해치지 않는 것으로 밝혀졌다. 그러나 이를 공식화하려면 추가 연구가 필요한 상태다.

미 해군연구소 첨단 프로젝트 그룹 책임자 크리스 로덴벡은 “기본적으로 무선 충전 기술과 같은 원리”라고 말했다. 이 그룹은 지난 2021년 1.1㎞ 가량 원격으로 1.6㎾의 극초단파 빔을 송신하고 수신하는 실험에 성공했었다. 해군연구소는 또 광전자주파수안테나모듈(PRAM)이라는 빵 덩어리 크기의 장치로 우주에서 송신하는 기술을 실험해왔다. 미 공군 X-37B 우주선에 탑재한 이 장치가 태양빛을 극초단파로 전환하는 실험이다. 이 실험은 우주에서 송신하는 단계까지는 아직 이르지 못하고 있다. 미 공군연구소가 에너지를 우주에서 지구로 송신하는 실험을 진행하고 있으며 오는 2025년 첫 발사 예정이다.

칼테크 연구팀은 여러 방식의 저비용 기술을 동시에 실험함으로써 이 과정을 가속화하고 있다. 억만장자 도널드 브렌이 지난 10년 동안 1억 달러가 넘는 자금을 우주태양력검증기 개발을 위해 지원해왔다.

칼테크 검증기의 핵심은 저궤도파워송신 극초단파장치(Maple)다. 이 장치로 위성들 간에 극초단파를 송신해 LED 등을 켜는 실험에 성공한 바 있다. 송신 거리는 30㎝ 정도로 짧지만 최초로 우주에서 에너지 송신에 성공했다. 이 장치로 지구로 송신한 극초단파를 칼테크의 지상 장비로 검출하기도 했다.

Maple은 태양력 수집기와 송신기를 하나로 묶은 형태로, 이 방식은 태양열 위성의 가장 큰 취약점인 거대한 태양전지판 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다. 지상의 중규모 발전소에 맞먹는 성능의 태양력 위성을 만들려면 태양전지판이 최소 2.6 평방㎞는 돼야 한다.

칼테크 팀은 이처럼 거대한 구조물을 동시에 만드는 대신 수많은 작은 수집-송신기를 연결하는 방식을 시도하고 있다. 이것들을 직접 연결하면 복잡한 배선과 무거운 중앙 안테나가 필요하지 않게 된다. “커다란 코끼리 대신 개미 군단을 만드는 것”이라고 하지미리 박사가 소개했다.

칼테크는 태양력 위성 전체를 묶는 단순한 방식도 실험중이다. 0.1㎡ 당 10g도 안 되는 장치를 연결하는 방식을 칼테크 항공기술자인 세르지오 팔레그리노 박사가 진행중이다. 원형 통에 실어 우주로 발사한 뒤 튀어나와 가로 세로 1.8m의 정사각형 모양으로 펼쳐진다. Maple와 마찬가지로 이것들을 연결해 더 큰 크기로 만들 수 있다.

태양력을 지구로 송신하는 과정은 태양력위성이 전기를 극초단파로 변화하고 수천㎞ 떨어진 지구상 수신기로 송신하면 수신기가 극초단파를 전기로 다시 환원하는 방식이 주로 연구되고 있다.


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