宇宙太陽光発電について

質問

宇宙太陽光発電について質問します。ずっと前に光の回析について質問したのですが、またわからないことが出てきました。

送電についての質問なのですが、電波を発振する、それを受取るという時に電波が大きく広がってしまうということはありますか？？？？自分は電波は専門ではないので、理論だけではなくあらゆる可能性を、実用を含めて教えてほしいと思います。

参考URL　http://sanwa.okwave.jp/qa5257471.html

http://okwave.jp/qa/q6234834.html

どうぞよろしくお願いします。

回答No.3

joshua01

こんにちは。
宇宙太陽光発電についてお考えですね。
私は少しこの分野の方々とおつきあいがありました
次のような回答ではいかがでしょう。

ポイントは、「どうしてもビームは広がってしまう。でも、別の意味でどうしても直径1km程度の受信施設は必要。そうすると・・・」

さて、宇宙太陽光発電の伝送には、「マイクロ波とレーザー」が上げられますね。その違いは後で書きますが、実はほとんど同じものとも言えます。

その前にビームのお話で・・・

さて、仮に、宇宙太陽光発電所の出力を100万Kw（原発1基並）としましょう。
これだけのエネルギーを地上に伝送するのはとても危険。ビームを絞る方法を真面目に研究されている方々もこれは認めています。約３万km（静止軌道）飛んできて1mにしか広がらない技術は現在は不可能ですが、仮にそれができても危険きわまりなく、結局直径1km程度の安全地帯を設ける必要があるので、いっそ1km以上に広げてしまおうという考え方になっています。（一部企業のレポートでは直径を10kmと置いていました）
もし直径1kmの範囲に広げれば、1平方m当たりのエネルギーは1kW（真夏の太陽光並）程度で、浸透度の高いマイクロ波なら人間が立ち入った場合には相当の影響があるでしょうが１分以下なら命にはかかわらないでしょう。

で、レーザーとマイクロ波について
・レーザーは、「波長0.1～数ミクロンで、周波数・位相の揃った電波」です。普通の光が「波長0.5ミクロン程度周辺で周波数が広がっていて位相も揃っていない電波」ですから、いわば普通の光とは「品質が揃っているかどうか」の違いです。
「品質が揃っていて波長が短いと、比較的小さな設備でビームを絞りやすい」点がメリット。100万KW連続出力のレーザーは目途が立っていませんが、完成した場合「直径10mの鏡相当の大きさの送信設備で、地上で直径1kmにまで絞れる」と考えるのが良いでしょう。
その一方で、この波長では雲や雨の影響は大きくなります。
・現代のマイクロ波は非常に安定した周波数で利用されているので、「波長数cmと長めで、周波数・位相の揃った電波」と言えます。「周波数や位相が揃っている」ことはビームを絞りやすいですが、「波長が長い」ことは小さな設備ではビームを絞りにくい要素ですので、「地上で直径1kmにまで絞るためには、送信側の設備(アンテナ）の大きさが直径数百ｍ以上必要」ということになります（計算例を見たのがかなり過去なので、記憶は正確ではありませんが。でも、発電衛星の規模を考えると非常識な大きさではない）。他方で、雲や雨の影響は小さくなります。
（なお、”マイクロ波の周波数割当”の問題はまた別途。）

いかがでしょうか。

一方、もうひとつ気づかれたでしょうか。
先に「・・・１平方ｍ当たりのエネルギーは1kw（真夏の太陽並み）・・・」と書きましたが、これが結構なミソ。単純には、「直径1kmの地上設備の受信するエネルギーは、直径1kmの太陽電池の受け取る太陽エネルギーと同等」になってしまう・・・苦労して宇宙太陽光発電をするより地上太陽光発電をしたほうが良いのでは・・・ということにも受け取れます。
もちろん、「太陽電池の効率」の問題や、「宇宙なら無限に広い」、「マイクロ波送電なら天候の影響を受けにくい」「静止軌道なら夜でも受電できる」点が違うので、最近の研究者はその点を強調していますが、「そんな大規模投資をするなら、昼の地域から夜の地域にエネルギーを伝送する全地球型の太陽光発電・流通システムのほうが現実的ではないか」などの指摘もあって説明には苦慮しています。（この反論には、”エネルギー安全保障・自給”がキーワードになっています）

少々長くなってしまい、夢をこわすつもりはありませんが、関係者の悩みも含めてご参考まで。
お役に立てば幸です。

回答No.2

noname#175206

静止軌道からの無線送電ですので、電離層、可視光であれば遮られる雲、大気そのものといった、諸々の遮蔽物があります。

　そこを潜り抜けるのに適した電磁波は、マイクロ波になります。これに指向性を持たせることが可能なのが、マイクロ波のレーザーであるメーザーです。

　理論的には、メーザーを使えば、広がらずに狭い場所に絞って、無線で（電気）エネルギーの送受信が可能です。

　とはいえ、3万6千kmの距離のピンポイント射撃というのは、技術的な障壁としては、非常に難しい問題を多く含みます。マイクロ波は電子レンジで加熱に使っているわけですから、高エネルギーのメーザーの狙いが外れて人間を含む生物に照射されてしまうと大惨事になります。

　そこをクリアすべく、研究開発の途上です。

回答No.1

kimamaoyaji

かなり大きくと言うか、電離層があるのでかなり反射されると思いますが、電波自体は周波数やアンテナの構造によって拡散範囲は異なります、例えばダイポールアンテナの場合は全方向ですが、パラボナの場合は拡散角度を調整できません、さすがにビームとまでは行きませんが。
強力な磁場を使えばレンズ効果も不可能ではないと思いますが、惑星の質量で光が微妙に曲がる、ブラックホールなら更に曲がるわけですから、電波も理屈上は曲げることは出来ますし、実際曲がっているのでしょう。

補足

電波に電気を乗せて飛ばす場合、なるべく広がらない方法で飛ばしたいのですが、その計算方法、理論などを教えてもらえれば幸いです。