개요
지속 가능한 에너지 솔루션을 찾기 위한 노력의 일환으로, 일부 연구자들은 기존의 사고방식을 뛰어넘어 새로운 방법을 모색하고 있습니다. 캘리포니아에 있는 한 연구팀은 우주에서 직접 에너지를 수확할 수 있는 새로운 송신 배열 시스템을 제안하고 있습니다. 이들은 지구상에서 더 작은 규모로 시제품 테스트를 통해 이 시스템이 에너지를 수확하는 장치와 수신 장치 간의 전송 전력량을 두 배 이상 증가시키거나 전송 거리를 비슷한 비율로 확장할 수 있음을 보여주고 있습니다.
우주에 태양광 집열판을 설치해 지구로 에너지를 전송하는 개념은 1940년대 과학 소설에서 처음 제안된 바 있습니다. 그러나 이 개념은 과학자들의 흥미를 자극해 현실적 가능성을 탐구하게 했습니다. 지구에서 수확되는 바람이나 태양 에너지는 날씨 조건에 의존하지만, 우주에서 직접 에너지를 수확하면 보다 안정적인 에너지 공급이 가능할 것이라고 과학자들은 생각하고 있습니다.
그러나 이 접근법에는 분명한 어려움이 따릅니다. 그중 하나는 원하는 방향으로 전력 빔을 정확하게 조준하고 재초점화하는 것입니다. 이렇게 광대한 거리에서는 매우 큰 우주 송신기와 지상 수신기가 필요하며, 긴 전송 거리 동안 신호가 분산될 수밖에 없습니다.
이 문제를 해결하기 위해 캘리포니아 공과대학교의 알리 하지미리(Ali Hajimiri) 교수와 그의 동료들은 우주에 있는 송신기와 지구에 있는 수신기 사이에서 지구를 공전하는 프로그래머블 송신 배열 중계 시스템을 구상하고 있습니다. 이와 같은 “중계” 방식은 지구상의 특정 위치로 빔을 조정하는 데 더 많은 통제력을 제공하며, 보다 많은 에너지가 목표 지점에 전달될 수 있도록 합니다. 이 방식은 또한 더 작은 송신기와 수신기를 사용할 수 있도록 해줍니다.
하지미리 교수는 “중간 궤도에 프로그래머블 송신 배열을 배치하면 빔을 재초점화하여 송신기와 수신기 시스템의 크기 요구 사항을 크게 완화할 수 있습니다”라고 설명합니다.
연구진은 이 송신 배열 시스템을 IEEE Journal of Microwaves에 발표한 10월 2일자 연구에서 설명하고 있습니다. 이 시스템은 동일한 궤도를 점유하는 등간격으로 배치된 송신 배열 안테나의 별자리입니다. 한 송신 배열이 우주에서 주된 태양 에너지 집열 시스템(활성 배열)에서 멀어질 때, 다른 송신 배열이 접근해 지구로 전력을 중계하는 역할을 이어받습니다.
이 연구에서 연구진은 저비용의 경량 개념 증명 송신 배열을 설계하고 테스트했으며, 이 배열을 통해 빔을 재초점화하여 지구로 직접 전력을 전송하는 시스템보다 약 2.5배 더 많은 전력을 전송할 수 있음을 확인했습니다. 실험은 3.8미터 간격의 전력 송신기와 수신기를 포함하는 소형 개념 증명 시제품을 무향실에서 사용하여 수행되었습니다. 이 전력 증가는 시스템이 더 긴 거리에서도 작동하거나 주어진 거리에서 더 작은 송신기와 수신기를 사용할 수 있음을 의미합니다.
하지미리 교수는 중간 배열 시스템 도입이 전체 시스템 비용을 증가시키더라도, 수명 주기 동안 에너지 단위당 비용 효율성을 높일 수 있다고 강조합니다.
우주에서 지구로 전력을 전송하는 완전한 시스템이 실현되기까지는 시간이 걸리겠지만, 하지미리 교수와 동료들은 그들의 솔루션을 계속 개발하고 테스트할 계획입니다. 하지미리 교수는 향후 “대규모 및 더 프로그래머블한 송신 배열을 제작하고 이를 우주 환경에서 테스트하는 것이 주요 연구 과제 중 하나”라고 밝히고 있습니다.
마무리
이번 포스팅에서는 우주에서 직접 에너지를 수확하여 지구로 전송하는 획기적인 아이디어와 이를 실현하기 위한 연구진들의 노력을 살펴보았습니다. 과학 소설에서 출발한 이 개념이 오늘날 현실적 가능성으로 발전해 가고 있으며, 중계 송신 배열 시스템과 같은 혁신적인 기술이 이러한 도전을 해결하는 열쇠가 될 수 있다는 점에서 주목할 만합니다. 앞으로 이 기술이 실제로 실현되어 보다 안정적이고 지속 가능한 에너지 공급원을 제공할 수 있기를 기대해봅니다.