科学機器

産官学との連携

№７６

科学の峰々

２０１

4・

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京都大学
しのはら

篠原

生存圏研究所
なおき

生存圏電波応用分野教授

真毅 先生 に聞く

無線電力伝送 と宇宙太陽発電所 構想 上
聞き手：佐藤と き：2011年12月2日
ところ：東京科学機器協会会議室

紀一 東京科学機器協会 副理事長／広報委員長

野村篤史

同

広報委員

藏満邦弘

同

事務局長

岡田康弘

同事務局／主事（取材・編集協力：クリエイティブ・レイ㈱篠原安井久雄）直毅先生のプロフィール

1987年
1991年
1993年
1996年

千葉県立千葉東高等学校卒業
京都大学工学部電子工学科卒業卒業
京都大学大学院工学研究科電子工学専攻修了
京都大学大学院博士後期課程工学研究科電子工学専攻修了
京都大学工学博士授与
1996年〜2000年 京都大学超高層電波研究センター助手
2000年〜2001年 京都大学宙空電波科学研究センター（改組）助手
2001年〜2004年 京都大学宙空電波科学研究センター助教授
2004年〜2010年 京都大学生存圏研究所（改組）助教授（准教授）2010年 京都大学生存圏研究所教授
2004年〜2005年 宇宙航空研究開発機構 客員開発部員
2007年〜2009年 宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究本部 宇宙探査工学
研究系 客員准教授〈学位論文〉
マイクロ波電力伝送の受電システム並びに電力ビームの伝播特性に関する研究〈専門分野〉
マイクロ波応用工学、マイクロ波エネルギー伝送、宇宙太陽発電所SPS〈所属学会〉
電子情報通信学会／電気学会／日本太陽エネルギー学会／
日本電磁波エネルギー応用学会／ IEEE／ URSI

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産官学との連携なとき、現在の京大総長である松ました。

本紘先生の宇宙太陽発電所の話をしかし観測するだけでは、医者であれば、診断はするが治療はし

2
2

─ 篠原先生は工学部で電気電

そのときの松本先生の話が「夢ないというようなものです。そこ

子工学を学ばれ、現在は京都大学は人類をあと1万年、生き延びさで、人類が生きるのに必要なエリ生存圏研究所に所属、マイクロ波せること」というもので、こういア、すなわち生存圏の診断と治療による電力伝送や宇宙太陽発電所う大きな話なら面白いかなと思っを行おうということで、2004年に（SPS=Space Solar Powerたのです。そこから松本先生の下生存圏研究所となりました。

Station）の研究をご専門とされでドクターを取り、助手になり、ております。まず、これまでの所そのまま同じ研究を続け現在に至属に触れつつ、生存圏研究所とはっています。

・

聞いたのです。

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宙空電波科学研究センターとなり№７６超高層電波研究センターから生存圏研究所にをしようと考えていました。そん生活圏・森林圏・大気圏・宇宙圏
4つのエリアを研究

どのような研究機関なのかなどか

宇宙太陽発電所とは、簡単に言ら、お話ししていただけますでし

えば、宇宙空間において太陽光で─ 生存圏とはどこを差すのか、ょうか。

発電した電気エネルギーを無線で具体的なエリアはあるのでしょうか。

地上に送り、地上でその電気を利
私は生まれは千葉県で、大用しようという構想です。私はお篠原

学からはずっと京都におります。

そらく世界で唯一、宇宙太陽発電

圏、森林圏、大気圏、宇宙圏の4

今の肩書きは生存圏電波応用分野

所の研究だけをやって教授になっ

つ に 分 け て い ま す。 英 語 で は教授ですが、学生のときから現在た人間だと思います。他の宇宙太Humanosphereといいます。基本まで工学部電気電子工学科に所属

陽発電の研究者は、例えばアンテは人間のために、これらのエリアしています。

ナの研究をやっていて宇宙太陽発で起きる諸問題を科学によって解篠原

どうして宇宙太陽発電所の研究

私たちは生存圏を人間生活電所の研究を始めたというように、 決し、世界中の人々がウィンウィをやっているかということですが、 他に本業があるようです。

ンの関係で、人類すべてがハッピ大学の4回生のとき、電気の研究そして所属している生存圏研究ーになれる世界を作っていこうとにあまり魅力を感じず、実は就職所についてですが、もともとは超いうのが、私たちが取り組んでい高層電波研究センターといい、空ることです。

宇宙空間で太陽光発電を行い、その電気エネルギーを無線で地上に送る宇宙太陽発電所SPS構想

を電波で観測するための研究機関

その中で、私は電波屋なので、でした。この研究センターは大気

宇宙と電波というキーワードからを観測する直径100mほどの巨大宇宙太陽発電所をテーマとしましなレーダーを持っており、それをたが、遺伝子や森林などの研究を管理することが主な仕事の一つでしている人もいます。最近流行のした。

異分野融合というか、マイクロ波

大気は地上からせいぜい10kmによって新しいバイオエタノールぐらいの領域ですが、研究を進めを作ろうという材料系の研究者や、ていくうちに研究領域をさらに上インドネシアの森林で大気へ排出へと広げる研究者が出てきたり、された二酸化炭素が森に吸収され宇宙も電波で観測しようという時

る循環を調べている研究者などと、代になったこともあり、2000年にコラボレーションをしたりしてい19

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るように思います。典型的ですが、4２０１

私たちには自然と融合し、一体となって生きようという世界観があ2・ります。しかし、ヨーロッパやア2

メリカでは、共生の概念があまり見られず、人間が使いやすいように世界を変えていこうという考えが強いように思います。

電気エネルギーを電波で送り再び電気に変換して使用する——宇宙で発電した電気エネルギーを無線で地上に送るとき、マイクロ波による電力伝送という技術が使われるとお聞きしましたが、このメカニズムを易しくご説明し京都大学生存圏研究所のホームページより。ホームページでは生存圏研究所の理念・目的・研究ミッションなどを紹介しているていただけますか。
篠原ます。

マイクロ波とは電波の一種

人類がこの先も発展を続けたいので、もともとの理論体系に戻ると、この点では日本で複合領域研究なら、宇宙コロニーなど宇宙も使

電気と磁気と電波は同じものとなが流行りだす前から、それを行っうしかなく、そこで使われるエネります。大学の授業では電気も磁ており、成功している例だと思っルギーは宇宙太陽発電所で作られ気も電波もマクスウェル方程式1ています。

た電気になるということです。

つで記述でき、電波も電磁波も電気エネルギーと言うことができま─ 先ほど「夢は人類をあと1─ 国内外を含め、生存圏とい万年、生き延びさせること」という言葉を使った研究機関は他にもうお話がありましたが、これにはあるのですか。

どのような意味があるのでしょう。

では、電気と電波の違いは何か。
電気とはプラスとマイナスの揺れで、例えば、家庭のコンセントか篠原

生存圏という言葉は、7年ら 引 い て い る 電 気 は、1秒 間 に

宇宙太陽発電所の研究は松前に私たちが使い始めたものです50(60)回揺れています。それに対本先生がアメリカから持ち帰ってが、最近はこのキーワードを使っして、電波は揺れの動きが速く、きたテーマですが、松本先生にはて日本で研究グループを立ち上げ

マイクロ波になると、1秒間に10人類は宇宙に出て行かなければいる人たちも出てきました。

億回位揺れています。この揺れが篠原

けないという哲学があります。
地球の人口も70億を超えましたが、人類全員が幸せに生きていく

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す。

一方、海外では今のところない周波数です。1秒間に50(60)回程度ようです。生存圏という言葉には、 の揺れの電波は空間に飛び出しに
私たちアジア系の人間のメンタリくく、揺れが非常に早い電波は空ためには地球は限界に来ています。 ティーや地球に対する捉え方があ間を飛びやすいという違いで、電科学機器

産官学との連携10億回の揺れであるマイクロ波でのですが、基本の式は同じです。

この技術はいつごろからあるものも受けるアンテナは、まだ使うになのでしょうか。

は大きくなります。

私たちの身の回りには電波とし例えば、あるビルから隣のビル

22・て様々な電気エネルギーが飛び交

4２０１はしていないとのことでしたが、№７６

気と電波という違った言葉で呼ぶっていますが、家電などは1秒間篠原

無線電力伝送の歴史を簡単

へマイクロ波を無線伝送すると、に50(60)回揺れる電気エネルギーに説明すると、1864年にマクスウ受信のために直径1mぐらいのパだけを認識し、もっと早い揺れのェルによって電磁波の理論ができ、 ラボラアンテナが必要になります。

電気エネルギーは認識しなので、1888年にヘルツの実験により電波ユーザーニーズから言うと、それコンセントからの電気だけで動くの存在が証明されました。

なら隣のビルへ電線を引いた方がのです。

その10数年後の1904年に、ニコよいということになるでしょう。

しかし、1秒間に10億回位揺れ

ラ・テスラという人が無線電力伝

無線電力伝送は40年以上前からるマイクロ波を50(60)回の揺れに送の実験を行ったのですが、この実験も成功していましたが、ユー落とす、あるいは一気に直流に落ときは失敗に終わりました。失敗

ザーから見るとコストも高く、使とし動きを止めると、飛んできたの理由は、電波が広がりすぎて、えない技術とされてきました。でマイクロ波で家電を動かすことが電気エネルギーとして回収するにすから、無線電力伝送はこれまでできます。

は電波が薄くなりすぎたのです。に消えてしまってもおかしくない

このように電波としてアクティ

その後、電気エネルギーとして技術だったのですが、これが宇宙ブに電気エネルギーを送り、電波認識できるぐらい濃い電波を作れ太陽発電になると、宇宙へ線をひを電気に変換して使うおうというるようになり、やがてマイクロ波っぱるわけにはいきませんから、のが無線電力伝送です。原理からを使ったエネルギービームが登場。 どうしても無線しか方法がなくな

言うと何か特別なことをしている

1960年代にはアメリカでヘリコプ

わけではなく、おおもとの物理にターへ向けた無線電力伝送の実験

帰って、動きの速い電波を、動きが行われました。の遅い電気に変換して使うだけなのです。
これを応用し、周辺の電波エネ

地上での無線電力伝送の課題はコストの高さ

ルギーを回収して電気として使おうという技術の仲間を、エネルギ

─ 無線電力伝送が普及すれば、ーハーべスティングといいます。

やがて送電線がいらなくなる時代

私たちの周囲にはラジオや携帯電が来るということでしょうか。

るわけです。
一方、地上でも無線電力伝送の改良版の技術が、新たなユーザーニーズと出会い、この数年、多いに盛り上がりを見せています。

低消費電力機器の普及が電力伝送技術に新たな道を開く─ 地上での無線伝送の盛り上話をはじめ、気持ち悪いくらいにたくさんの電波、つまり電気エネ

篠原

ルギーが飛び交っています。この線の中に閉じ込められているので、 ここで少しお話ししていただけま電波を、先ほど言ったように、電送電の効率がとても良いのです。

波電気変換器によって動きを遅くそれに対して、電波は何もしないすれば電気として使うことができと広がってしまいます。それをア篠原るのです。

ンテナの技術で無理矢理集中して内のメーカーさんが電波電気変換いるわけです。電波は周波数が高器 を 東 京 タ ワ ー に 向 け、LEDをいほど絞り込めるのですが、1秒点けるというエネルギーハーベス

─ 無線電力伝送は特別なこと

送電線は電気エネルギーががりとは、どのようなものなのか、すか。
先日、あるテレビ番組で国21

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提案するマイクロ波送電技術ロードマップ

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現行法下での通信と同程度の弱いマイクロ波を用いた、通信と共用する
st Step
無線電力伝送。例えば RF-ID やセンサーへの給電、ユビキタス電源等。
または逆に閉鎖空間での強強度の無線電力伝送。例えば電気自動車無線充電や建物内無線電力配電等。
共用 / 専用周波数帯を用いた移動体への / からのフェーズドアレーを用い2nd Step た近 / 中距離無線電力伝送。飛翔体、ロボット、移動する電気自動車等、有線では不可能な電力伝送。

3rd Step 専用周波数帯を用いた長距離無線電力伝送。宇宙太陽発電 SPS 等。

ワイヤレス技術の市場が2020年には1兆円産業に!?
─ マイクロ波による電力伝送
では、商用化されたものは何かございますか。
篠原

マイクロ波を使った電力伝送は今のところ電波法の壁があり、事業化はしにくいのですが、そのティングの実験を行いました。東

現在はコンセントから電気を引

京タワーから出ている電波を拾っくか、電池を使うかが主流ですが、 磁誘導」やアメリカのマサチューて電気に変えたわけです。ただ、それに無線電力伝送を加え、使いセッツ工科大学が打ち出した「共放送用の電波は、離れると弱くな分けによる第三の道も考えられま鳴送電」などは事業化が進んでいり、拾っても家電を使うほどの電す。線を引いて電気を送った方がます。

気にはなりません。放送は電波の効率的でいいと言う人もたくさん

この2つの方式は距離がとれな

少しの動きさえ感知できれば情報いますが、私はそれぞれの得意分いため、一般的な無線のイメージになるので、利用できるわけです。 野を活かして、住み分けをするのしかし、ここ10年ぐらいで多くがよいのではと考えています。の人々が携帯電話を持ち歩くようとは少し離れるかもしれませんが、オランダのフィリップスが中心となり「Qi規格」という電磁誘導方になり、その電池が切れると不便─ 無線電力送電には、すでに式の国際規格化を進め、携帯電話だと思うようになりました。こう商用化されているシステムはあるの置くだけ充電器などができていしたことから、携帯電話などへ少のでしょうか。

ます。日本でも、その規格のサーしの電気を供給してくれればいい

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関連技術である、磁場を使う「電ドパーティーの置くだけ充電器をというユーザーニーズが出てきた

篠原のです。

RF-IDという技術があります。こ

商用化されている応用例に、 家電量販店などで買うことができるようになっています。

低消費電力の携帯電話などであれは電子バーコードで、作動する

また、アメリカのクアルコムとれば、濃い電波エネルギーを作らために電気が必要なICチップをいう会社は、ロンドンで電気自動なくても、微弱な電波を用いて必コンテナなどにつけておきます。

車の無線充電の実験を始めていま要な電気を送ることができます。

必要に応じて、そのICチップにすし、韓国では走行中無線充電バ

それと、電池は意外と環境への外から電波を送ってICチップをスの事業化に向けて動き出してい負荷が高く、作るときには二酸化作動させ、情報を読み取るというます。これらの実験の究極の姿は、炭素をけっこう排出しますし、廃ものです。

電池を積んでいない電気自動車が、棄にも問題があります。この点、

ま た、ICカ ー ド は1995年 頃 か無線で電気を送ると、携帯電話のら使われるようになりましたが、電池がいらなくなるとは言いませそのエネルギーは無線で来ており、このようにワイヤレス技術は研んが、電池を小さくすることがでこれも無線電力送電の一つと言っ究も商用もホットになっており、きます。ていいものです。

あるアメリカのシンクタンクは、電波伝送によって電気を受け取って走るというものです。

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マイクロ波無線電力伝送の応用例として、微弱な電磁波を用いてエネルギー伝送を行い、ある空間内の至るところでIT機器をバッテリーレスで駆動させるシステム「ユビキタス電源」などが考えられている

高速道路などに充電車線をつくり、電気自動車に電気エネルギーを供給するという研究も進められている

この分野は2020年には1兆円産業が、この構想の概要からお聞かせになると言っています。

いただけますでしょうか。

ただし、日本は研究者は増えてなお、この静止衛星軌道には、放送衛星や気象衛星があります。
衛星放送が春分と秋分にメンテナいるのですが、商用化と規格化で篠原は世界に乗り遅れており、国の取宇宙開発競争が盛り上がっていたとがあるのをご存知の方もいるかり組みとして頑張らないといけな

ときにアメリカで提唱された構想と思います。あれは実は放送衛星い、と学会では話し合っているとです。当時、地上ではヘリコプタに太陽の光が当たらず、太陽電池ころです。

ーを飛ばし、そこへ無線電力伝送の発電ができないため放送を止め

最近は無線電力伝送に関してメするという実験が行われました。ているのです。

ディアから取材を受けることも多それをもとに宇宙で発電した電気

また、3万6000kmより地球に近いのですが、近頃のメディアの風を地上に送ることができると、づくと、自転周期が早くなります。

潮は、日本の技術はすごい、日本1968年にピーター・グレイザーという例えば、国際宇宙ステーションは頑張ろうと持ち上げるというもの研究者によって提唱されました。

地上から400kmの上空にありますです。これには少し不満を感じて

宇宙太陽発電所は、まず、太陽が、これは90分で地球を1周しており、日本はこの分野の規格化も電池を静止衛星軌道上に打ち上げ商用化も出遅れており、国としてます。静止衛星軌道は赤道上空のGPS衛星は地上から2万kmの上の大きなプロジェクトもありませ

地球から3万6000km 離れたとこ

空を飛んでいて、半日に1回程度、ん。その現実をきちんと見て、頑ろにあり、地球の重力と自転の遠日本の上にやって来ます。ただ、張らなければいけないというのが、心力の関係で、太陽電池は常に私

GPS衛星は何十基と飛んでいて、日本の置かれている現状ではないたちの頭の上にあることになります。

その中のいくつかが常に日本上空頭の上といっても、地球は地軸を飛ぶようになっており、位置のかと思います。

静止衛星軌道上で24時間発電し地上に電気を無線伝送する

宇宙太陽発電所は1960年代、の傾きがあるので、赤道上空の静お話を伺っていきたいと思いますいます。

認識をしているのです。

止衛星軌道は、春分と秋分の日に、若干、太陽の光の陰に入るときがありますが、基本的には24時間、─ ここから宇宙太陽発電所のンスと言って、放送を休止するこ

常に太陽が当たり、発電を行うことができます。

次号では 篠原直毅 先生“無線電力伝送” と“宇宙太陽発電所” 構想（下）において続きをお話いただきます。

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