コヒーレントレーザーアレーを用いた宇宙空間無線エネルギー伝送の基礎研究

• Project/Area Number: 16656262
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Aerospace engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小紫 公也 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教授 (90242825)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2006: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000); Fiscal Year 2005: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2004: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• Keywords: エネルギー伝送 / レーザーアレー / コヒーレントビーム結合

Research Abstract

1.宇宙空間における光エネルギー伝送実証実験の計画立案
計算機による光伝送のシミュレーションはほぼ完了したので、今年度は超小型人工衛星を2台同時に打ち上げてフォーメーションフライトを行い、母衛星から娘衛星へ光ビームを用いてエネルギー伝送の実証字実験を行うのに必要なシステムの基礎的な検討を行った。この光エネルギー伝送実験は、世界で始めての宇宙空間でのデモンストレーションとなるばかりでなく、その伝送効率は2衛星間の姿勢・距離制御の精度実証にも役に立つと期待される。衛星の光放射面と受光面を常に正対させておくのに必要な、推進システムと姿勢制御システムについて検討を行った結果、衛星間距離を数メートルに保つために必要な制御量などを算出した。
2.光発振システムとしてのLEDアレイの製作
光発振システムの検討、製作を行った。エネルギー変換効率と、研究従事者の身体的安全性の観点からコヒーレントなレーザー結合を諦め、LED(Light Emitting Diode)を用いることとした。信号機用のビーム広がり角4度の東芝製赤色光LEDを56個(7×8要素)配したアレイ(90mm×78mm)を製作した。LED発振波長域はいくつか選択できるが、現存する高変換効率な化合物半導体太陽電池セルを受電セルとして用いることを前提とし、それと良くマッチする波長として赤色LED(644nm±40nm)を選択している。太陽光の変換よりも高い変換効率(50%以上)を期待できるものである。
4Vのリチウムイオンバッテリでの直接駆動を想定し、LED2個を直列配置したものを並列配置した結果、総入力電力5.9Wであった。光変換効率のカタログ値は90%であるので、出力は5.3Wと見積もられた。
3.今後の展開
受光部の製作を行い、超小型衛星の打ち上げ機会を捉えて、宇宙実証実験を行いたい。

Research Products

• [Journal Article] 宇宙空間におけるレーザーフェーズドアレーを用いたエネルギー伝送 (2006)
  • Author(s): 小紫公也, 中川樹生, 大村俊介, 荒川義博
  • Journal Title: 日本航空宇宙学会誌 54・624 Pages: 18-22
• [Journal Article] Energy Transmission in Space Using an Optical Phased Array (2005)
  • Author(s): K.KOMURASAKI, T.NAKAGAWA et al.
  • Journal Title: Trans.JSASS, Space Technology Japan 3 Pages: 7-11
  • NAID: 10020608058