静岡県立三島北高等学校

発表タイトル「未来を変える宇宙エレベーター」
指導教諭：山梨睦
研究メンバー：石原諒、片桐紅、佐藤虎太朗、原田尊

　2050年に求められる発電の方法は、CO2を排出せず、有限な燃料も使わない中で安定供給できるものではないかというのが研究のスタート地点になった。これが実現可能な方法として、宇宙に着目した。地上のように、昼夜、天候の影響を受けることなく太陽光発電が稼働するという条件が整っているからだ。
　そうした中で、2050年には「宇宙エレベーター」が運用開始に向けて開発が進んでいるということを聞いていた。宇宙エレベーターとは、静止軌道上に発着場を建設し、そこからワイヤを地上へ引く構想。ワイヤに沿って昇降機を動かすことで地上から宇宙へ物資を運ぶというもので、ロケット一回ずつ飛ばすよりは安く資材を運べるとして、期待されている。
　これらの情報を踏まえ、3種類の発電方法を考えた。まずは宇宙太陽光発電。宇宙エレベーターで資機材を運搬し、静止軌道上に建設する。点検方法などで課題はあるものの、100万キロワット級のプラントが想定されている。二つ目は、太陽光を当てると回転するラジオメーター。小規模なものではインテリアとして普及しているが、大型化すれば風力発電装置と同じ役割を果たせると考えた。
三つ目は、宇宙エレベーターの昇降機とワイヤから発生する摩擦熱を利用する方法。それぞれCO2を排出せず、有限な資源を使わずに発電できるのが利点だ。宇宙太陽光発電とラジオメーターは天候に左右されず、地上と比べて1・4倍も強度の高い太陽光で発電できるので安定供給が可能となる。
　宇宙空間で発電した電力を地上に送電する方法としては、マイクロ波、レーザー光線、超電導の3種類があると考えている。マイクロ波は長距離送電が可能だが、受信側の地上に大型のアンテナが必要となる。レーザー光線は天候に左右されやすく、効率が少し悪い。超伝導は天候の影響を受けず小さなアンテナで送電できるものの、極低温の環境が必要になる。このうちのどれか一種類を使うのではなく、それぞれの特長を生かし、組み合わせる方式を採用したい。高度3万6000キロメートルの静止軌道から同90キロメートルまではレーザー光線、そこから同80キロメートルまでは超電導、地上まではマイクロ波を使う方式だ。