우주 태양광 발전소에서 전기를 지구로 보내는 기술

 

우주에서 얻은 에너지를 어떻게 지구로 보낼까?

우주 태양광 발전소(SBSP, Space-Based Solar Power)는 지구보다 10배 높은 태양광 발전 효율을 자랑하며, 날씨와 상관없이 24시간 전력 생산이 가능하다.  그러나 이 에너지를 활용하려면 우주에서 지구로 전력을 전송하는 방법이 반드시 필요하다.

 

전력 전송은 SBSP 기술의 핵심이며, 이를 얼마나 효율적으로 구현할 수 있느냐에 따라 실용화 가능성이 결정된다.

현재 가장 유력한 방식은 마이크로파(Microwave) 전송과 레이저(Laser) 전송 두 가지다.

 

그렇다면, 이 두 가지 기술은 어떤 원리로 작동하며, 실제로 적용될 가능성이 클까?

 

마이크로파 전력 전송 기술(MPT, Microwave Power Transmission)

 

 1) 마이크로파 전력 전송의 원리

       우주 태양광 발전소가 태양광을 흡수하여 전기로 변환한다.

       이 전기를 **마이크로파(2.45GHz 또는 5.8GHz)**로 변환한다.

       우주에서 지구로 마이크로파를 송출한다.

       지구에 있는 **레크텐나(Rectenna, Rectifying Antenna)**가 이를 다시 전기로 변환하여 전력망에 공급한다.

  ✅ 장점

       대기 간섭이 적어 에너지 손실이 적음(85~90% 효율 가능)

       넓은 범위로 전송 가능 → 고정된 수신 기지가 아니라, 이동하는 기지에도 전력 공급 가능

       밤낮 구분 없이 지속적인 전력 전송 가능

  ❌ 단점

      마이크로파가 강력한 전자기파를 방출하므로, 인체 및 생태계에 미치는 영향 연구 필요

      마이크로파 송출 과정에서 일부 에너지가 우주 공간으로 새어 나갈 가능성

 

  2) 현재 진행 중인 연구

      NASA: 1975년 "골드스톤(Goldstone) 실험"에서 1.5kW 전력을 1.6km 떨어진 곳으로 무선 전송 성공

     일본 JAXA: 2015년 55m 거리에서 1.8kW 전력 무선 전송 성공

     중국: 2028년 우주에서 마이크로파 전송 실험 예정

 

레이저 전력 전송 기술

1) 레이저 전력 전송의 원리

     우주 태양광 발전소가 태양광을 흡수하여 전기로 변환한다.

     이 전력을 **고출력 레이저(적외선 or 가시광선)**로 변환한다.

     레이저를 **지구의 광전지 수신 패널(PV Panel)에 집중적으로 조사(照射)**한다.

     패널에서 레이저를 다시 전기로 변환하여 전력망에 공급한다.

✅ 장점

    에너지 전송 효율이 높다(95% 이상 가능)

    마이크로파보다 더 정밀한 전력 전송 가능하다

    군사·드론·우주선 등에 적용 가능하다

❌ 단점

    대기층에서 레이저가 산란될 가능성(구름, 먼지, 기후 변화 영향을 받음)

    레이저가 잘못 조준될 경우 안전 문제가 발생할 위험 있음

    장거리 전송 시 출력이 감소할 가능성

 

2) 현재 진행 중인 연구

    NASA: 2023년 "SCOPE-M" 프로젝트를 통해 레이저 전력 전송 실험 진행

    미국 군사 연구소(DARPA): 무인 드론에 레이저 전력 전송 실험 진행

    유럽 ESA: 우주에서 지구로 레이저 전력 전송 테스트 준비 중

 

두 가지 방식의 비교 및 미래 전망

1) 전송 방식 1:  마이크로파 전송                              

     장점:  대기 간섭이 적고 안정적, 넓은 범위로 전송 가능    

     단점:  전자기파 안전성 검증 필요, 일부 에너지 손실 가능

   전송 방식 2:  레이저 전송   

     장점:  높은 전송 효율, 정밀한 전력 조준 가능      

     단점:  대기 간섭 영향 큼, 안전 문제 해결 필요

 

 2) 미래 전망

    단기적으로는 마이크로파 전송이 더 유력함 → 기술이 더 발전되어 있고, 기존 연구가 많음

    장기적으로 레이저 전송 기술도 발전할 가능성 큼 → 초정밀 조준 및 소형 기기 전력 공급에 유리

    혼합형 전송 방식 가능성 → 마이크로파와 레이저를 상황에 따라 병행 사용

 

우주 태양광 발전소는 전력을 지구로 보낼 수 있을까?

우주 태양광 발전소가 실현되려면 효율적인 전력 전송 기술이 필수적이다.

✅ 마이크로파 전송은 현재 가장 가능성이 높은 방식이며,

✅ 레이저 전송은 기술적 과제가 남아 있지만, 향후 발전 가능성이 크다.

 

  NASA, 일본 JAXA, 중국 CNSA 등에서 2030~2040년대 본격적인 실험을 계획하고 있으며,

우주 태양광 발전소가 상용화되면 지구 어디든 깨끗한 에너지를 공급하는 시대가 올 가능성이 높다.