平成28年度太陽光発電無線送受電高効率化の研究開発

発送電一体型宇宙太陽光発電システム2006モデル
研究開発ロードマップ
2016年度改訂版

平成２９年３月
一般財団法人宇宙システム開発利用推進機構

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1１．ロードマップ改訂の考え方
H19年度に策定した現行のロードマップについて、現実の開発状況に遅れがあることか
ら現状を踏まえてロードマップを改訂することとし、以下のとおり検討を行った。
• マイクロ波送電による発送電一体型宇宙太陽光発電システム2006モデルの実用シ
ステムの構想について、そのシステム及び構成する技術要素について再確認し、現時点では構想自体は見直さないこととした。
• その上で、将来にわたり着実に技術開発を進めていくため、実用システムに到達するまでの過程に段階的にマイルストーンとなる実証試験を設定し、その段階で開発目標とする技術項目や水準を検討した。
• その結果、当面の開発目標となる地上での実証試験は、「地上実証（垂直）」と「長距離実証」を設定した。宇宙での実証にはまだ時間があり、現時点で実証方法を絞り込むことは現実的ではないと判断し、想定されるイメージとして複数案を記載した。
• また、宇宙太陽光発電システム（SSPS）の実現まで長期の取組となる中、研究開発の途中段階においても、研究成果を積極的に産業分野や宇宙開発へ応用していくことが開発を継続していく上で重要であることから、開発した技術のスピンオフの可能性も併せて示した。
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2２．[参考]H19年度に策定したロードマップ（１）平成19年度 太陽光発電利用促進技術調査 成果報告書
図2.1.3-1 2030年の実用SSPSのシステムの開発着手を目指したSSPS開発計画

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3２．[参考]H19年度に策定したロードマップ（２）平成19年度 太陽光発電利用促進技術調査 成果報告書
図2.1.3-2 基礎開発フェーズの研究開発のシナリオ

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4３．発送電一体型宇宙太陽光発電システム2006モデルの再確認
・発送電一体型パネルは、両面の太陽電池で発電した直流電力をマイクロ波に変換して下面から放射する。
・１ユニットの発送電一体型パネルの４隅をテザーで吊る。 （広さ100m×95m，厚さ20mm，重量40t，2MW送電）
・１システムは 25×25＝625ユニットで構成。 地上で1GW取出し。
・バス部でマイクロ波の基準信号を発生し、各モジュールへ原振の周波数と位相同期を無線により提供するため、モジュール間の有線のインターフェイスを持たない。
・発電単価を kWhあたり10円以下に設定すると、宇宙システム5,683億円、地上システム2,286億円、輸送4,747億円として建設総コストは12,716億円、そこに保守・運用336億円／年が加わる。

将来のSSPSイメージ

・5×5ユニットのバス部を統合（グループ）
・5×5グループで1GW級のSSPS

１ユニット（輸送の単位）は、
構造ユニット（折りたたみ単位）3,800枚で構成。

・システムの大きさ：
2.5km×2.375km
・システムの重さ：26,600トン
・発電衛星の送電出力： 1.3GW・運用年数：
40年

平成19年度 太陽光発電利用促進技術調査 成果報告書

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5３．発送電一体型宇宙太陽光発電システム2006モデルの再確認【宇宙輸送】
１基のテザーユニットを単位として、折り畳んだ貨物を再使用型輸送機（RLV）を用いて高度約500kmの低高度軌道へ輸送し、そこで電気推進を用いた再使用型の軌道間輸送機（OTV）に積み替えて静止衛星軌道まで輸送する。
RLV1機あたりのSSPS貨物を約32tonとすると、延べRLV打ち上げ回数827回、必要
RLV台数は19機となる。地上からLEOまでの輸送期間は365日としている。
また、OTVによるLEO～GEOまでの往復航行期間は350日であり、SSPS１機あたりの必要OTV輸送重量は14,000ton規模となる。総輸送コストは約4,747億円と試算される。

平成19年度 太陽光発電利用促進技術調査 成果報告書

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6３．発送電一体型宇宙太陽光発電システム2006モデルの再確認システムの特徴
・構成モジュールは構造的、電気的に全く同じ。低コストの大量生産が可能
・重力傾斜安定方式を使った姿勢安定方式（能動的な姿勢制御不要、自然現象の利用）
・各モジュールからの熱放射により排熱が可能なので能動的な熱制御が不要（日陰時にヒータ使用の可能性）
・パイロット信号に対する個別モジュールでのレトロディレクティブ採用
・太陽電池を送電パネルの表裏面に持つことによる発電の効率化（バッテリ搭載による送電電力の均一化も可能：太陽の位置の影響を受けない）
・他の通信インフラ、地球観測インフラと結合し情報とエネルギーの複合インフラとして利用可能

システムのメリット
・開発はまず最小単位の送電モジュールから（太陽電池、高効率化送電素子等）
・100mｘ95mの最小ユニットを成熟化させることで、必要に応じてシステムを拡大可能
・ユニット単位で資力とエネルギー事情に応じた異なる組織間の分担投資が容易

他システムに比べて・機械的可動部分の不適用・高電圧送電に伴う課題の回避（電力線、真空放電等）
・熱集中の回避（反射鏡の不適用）まとめ・目標とする発送電一体型宇宙太陽光発電システム2006モデルの構想を再確認し、現時点で構想自体は見直さないこととした。
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３．[参考]ロードマップ検討専門委員会における宇宙輸送に関する議論
実用段階における将来の技術進展を見込んで、現時点では宇宙輸送の方法、コストは見直さないこととしたが、ロードマップ検討専門委員会において次のような議論があった。
•

再使用型輸送機は打ち上げの時の全備質量に対して、低軌道への軌道投入能力は1％から2％と検討されている。低軌道上に 20トンを打ち上げる場合、 軌道投入能力を2％と仮定
すると機体規模として1,020トン程度になる。もしペイロードとして20トンクラスのものを上げる
エンジンを再使用型で作るには、複合材を使うなど、より比強度の高い軽量化を目指す必要があると思われる。

•

昨今の衛星バスの大型化にともない、全電化衛星の実用化など急速に電気推進の研究開発が進められている。将来の小惑星捕獲ロボットや火星有人探査機などの輸送機としてスペースタグへの期待も大きい。再使用型の軌道間輸送機の開発にあたっては、資源量が限られ高価なキセノンに代わるアルゴン等の代替推進剤の開発やエンジン製造費用の低減な
ど低コスト化の研究が必要である。電気推進による再使用型軌道間輸送機を使用して、低軌道から静止軌道へ輸送するケースでは、1往復に3年かけて300機が3往復することで輸送期間を10年にすると、コストが最適化するという試算がある。軌道間輸送機については、
SSPSの宇宙実証試験の中で検証する必要がある。

•

SSPS建設において一日に何機も打ち上げるという設定については、ロジスティック（シナリオ自体）を精査して、地上での製作、射場への輸送、ペイロード積み込み等、地上系システムの検討や、低軌道上での再使用型の輸送機から軌道間輸送機への積み替えの検討も重要である。

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４．マイルストーンとする実証試験の設定
実用化までのマイルストーンとして、次のように実証試験を設定する
地上実証フェーズ
地上実証（水平）［実証済］

地上実証
（垂直）

【目的】
水平方向での無線電力伝送技術を実証

宇宙実証フェーズ
長距離実証

宇宙実証

【目的】
・垂直方向での無線電力伝送で、適切なビー
ム形成技術を実証
・精度の高いビーム方向制御技術と移動した受電部への送電技術を実証【目的】
・長距離の無線電力伝送技術を実証・発送電一体型パネル
を開発

【目的】
宇宙で確認すべき事項の実証
・マイクロ波の電離層通過実証
・宇宙―地上間のマイクロ波電力伝送効率の定量的評価
・宇宙太陽光発電システムの成立性検証
・大規模柔軟構造物の建設、組立、保守・効率的な輸送、軌道間輸送【試験内容】
・5.8GHZで1.8kW
送電し、距離54m
先で340wを受電【試験内容】
・地上から上空へ送電【試験内容】
・上空から地上へ送電【想定する試験イメージ】・超小型衛星による送電実証

・送電出力約1.8kW

・軽量の発送電一体型パネルの開発・2.45GHZで10kW送電し、距離500m先で受電・距離約5～50m
・移動した受電部へ送電・テザー型小型衛星による無線送電、構造、テザーによる姿勢制御

・送電出力約1kW

・実証プラント1/4モデル×1機による大型構
造物の展開技術、輸送技術実証

・距離1～5km程度

・実証プラント1/4モデル×4機による大規模
柔軟構造物の建設、組立技術実証
上記の宇宙実証試験は、すべてを実施するのではなく、必要に応じて実施する。

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9４－１．マイルストーンとする実証試験 ～地上実証（水平） ［実証済］【地上実証（水平）】１．目的・複数のフェーズドアレイアンテナでレトロディレ
クティブ技術を活用し、精密ビーム制御技術を実証する
２．確認すべき技術内容
・複数のフェーズドアレイアンテナ制御技術
・レトロディレクティブ技術
・精密ビーム制御技術
３．実証試験内容
・屋内試験施設10m以上で角度精度0.5度rmsを達成する
・屋外試験地50m程度で複数送電モジュールの協調動作試験により最大電力を得る（左）：約0.6m×0.6m×0.025m
×4モジュール（右）：約2.6m×2.3m
×1モジュール

４．諸元
・周波数：
5.8GHz・送電距離： 約50m （水平方向）
・送電出力： 約1.8kW
・送電アンテナサイズ： 約1.2m×1.2m
・送電部： 半導体増幅器方式
・受電部： レクテナ、パイロット信号送信器あり
・受電部レクテナサイズ： 約2.6m×2.3m
・ビーム方向制御： REV （屋外でソフトウエアレトロを実施せず）

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10４－２．マイルストーンとする実証試験 ～地上実証（垂直）【地上実証（垂直）】１．目的・電波の地面反射の影響がない垂直方向（下から上方向）への送電において、適切なビームを形成する技術を実証する。
・水平方向の屋外試験で地面反射の影響のない環境にて、レトロディレクティブ方式による精度の高いビーム
方向制御技術とともに、移動した受電部の位置を特定し送電する技術を実証する。
２．確認すべき技術内容
・垂直方向でのビーム形成技術
・パイロット信号によるレトロディレクティブ [屋外・垂直方向での送受電確認、移動した受電部への送電技術]
３．実証試験内容
・地面に送電部を設置して、地上から上空へ送電実証を行う。
① ビーム形成技術、ビーム方向制御技術実証・マルチコプタ等に計測センサーを搭載し、空中のビームパターンを測定（距離約50m）。
・ビーム形成、方向制御技術により垂直方向にマイクロ波を送電。
・マルチコプタ等を移動し、レトロディレクティブにより移動後の位置を特定し、送電する技術を実証。
② マルチコプター受電技術実証
・受電部は軽量高効率（捕集効率）レクテナを採用。
・マルチコプタ等に搭載した受電部へ無線給電を実施（距離約5～50m）。
４．諸元
・周波数：
5.8GHz
受電部
または・送電距離： ①約50m ②約5～50m
計測センサー等
・送電出力： 約1.8kW
・送電アンテナサイズ： 約1.2m×1.2m
・送電部： 半導体増幅器方式
・受電側： ①計測センサー、パイロット信号送信器等を搭載
送電部②受電部（高効率レクテナ、パイロット信号送信器等を搭載
レクテナサイズ： 約40cm角）
ビーム方向制御部
・ビーム制御： ソフトウェアレトロ＋REV（パイロット信号
受信アンテナ）

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11４－２．マイルストーンとする実証試験 ～地上実証（垂直）つづき
５．実証試験の実施にあたり必要な技術、技術水準
技術実証項目必要な技術、技術水準

技術実証項目必要な技術、技術水準

送電部総合効率40％

受電部総合効率50％

DC-RF変換効率

PAE = 70％% （typical）（ｻﾌﾞｱﾚｲ 外でマイクロ波生成、
有線分配）

RF-DC変換効率

捕集効率：85％
整流素子単体：80％
RF-DC変換：70％

受電部軽量化

100g/W（参考値）

ビーム形成技術

位相制御技術送電部軽量化

36g/W＊＊送電部軽量化（送電ANT＋HPA＋BFN＋他）のモジュール重量(g)／モジュール出力(W)６．想定する実施時期
2018年頃＜考え方＞
2016年度までに高効率な送受電部の研究開発を行い、必要な技術水準に到達する見込みであり、
2017年度から実証試験に向けたシステムを開発し、2018年度に実証試験を行う。
７．期待される産業応用
移動した受電部への送電技術・ドローン、ロボット等の電動無人機への給電ビーム形成技術
・インフラ点検等のセンサーネットワークへの給電・ワイヤレスIoTセンサーへの給電 ・携帯電話へのワイヤレス給電
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４－３．マイルストーンとする実証試験 ～長距離実証【長距離実証】
１．目的・上空から地上へ長距離（km規模）のマイクロ波電力伝送技術を実証する。
・発送電一体型パネルを開発し、多数パネルの総合動作技術を確認する。 （軌道上動作の事前確認）
２．確認すべき技術の内容
・長距離でのビーム方向制御技術（送電距離km規模）・不要波の抑圧レベルの評価（既存の通信インフラに対する電磁適合性の確認）
・上面に発電素子、下面に送電アンテナを取り付けた発送電一体型パネルの開発（電気的機能試験）
・送電部の軽量化
３．実証試験内容・ヘリコプタ等に送電部を搭載して、上空から地上へ長距離実証を実施。
・機体下に送電部を懸架。
・受電部の周りにセンサーを配置してビームパターンを測定する。
・発送電一体型パネルの性能評価を実施する。
４．諸元
・周波数
5.8GHz・送電距離 1～5km程度
・送電出力 1kW規模
・発送電一体型パネル（上面に発電素子、下面に送電アンテナ）
・発送電一体型パネルサイズ： 2m×2m×0.1m程度
・発送電一体型パネル重量： 90kg規模（発電、送電を含む）
・増幅器： 半導体
・受電部： 高効率レクテナ、パイロット信号送信器を搭載
・受電部レクテナサイズ： 数メートル程度、周辺にセンサー配置
・ビーム方向制御： ソフトレトロ＋REV、又はPAC法・並列化法
・追尾機能 （送電部の振れに対する追尾確認）
・レクテナ：耐環境恒久対策（風雨への対策）
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送電部

受電部

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４－３．マイルストーンとする実証試験 ～長距離実証つづき
５．実証試験の実施にあたり必要な技術、技術水準
技術実証項目必要な技術、技術水準

技術実証項目必要な技術、技術水準

送電部総合効率60％

受電部総合効率60％

DC-RF変換効率

チャンピオン 80％（HPA周辺回路改良）

RF-DC変換効率

RF-DC変換：80％

ビーム形成技術

位相制御技術送電部軽量化

上面90g/W（送電）*発送電一体型パネル

上面に太陽電池
下面に送電アンテナ

レクテナ建設と系統接続技術

耐環境恒久対策（風雨への対策）＊送電部軽量化（発電、蓄電を除く）
マイクロ波回路関連の重量(g)／サブアレイ出力(W)６．想定する実施時期
2023年頃＜考え方＞
2018年度に計画する地上実証（垂直）での成果が確認された後、長距離実証に必要な研究開発に着手し、5年程度の期間を目標として必要な技術水準に到達し実証試験を実施する。
７．期待される産業応用
長距離送電技術・走行中EVへの給電
・航空障害等への給電・災害時等の代替送電
・洋上風力発電からの送電、離島への送電・成層圏無人機、通信プラットフォーム等への給電（送電アンテナと太陽セルの共存）
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４－４．宇宙実証の試験イメージ ～超小型衛星または小型衛星【宇宙実証（超小型衛星または小型衛星）】
送電部のみを搭載して送電実験を行う超小型衛星、または発送電一体型を搭載する小型衛星を想定する。
１．目的・軌道上（宇宙空間）から地上へのマイクロ波電力伝送技術の実証を行う。
・宇宙太陽光発電システムとしての成立性、実現性を検証する。
２．確認すべき技術内容（共通） ・地上実証よりさらに長距離でのビ－ム方向制御技術[300km規模]
・マイクロ波の電離層通過実証[パイロット信号の位相擾乱と主ビームの非線形現象の評価]（小型） ・発送電一体型パネルの宇宙環境実証
・発送電一体型パネルの２次元展開技術（超小型）・小型ロケットでの打上げが可能となる薄型、軽量送電部の開発
３．実証試験内容（小型） ・小型衛星に発送電一体型パネルを搭載し、低軌道上（300km）から地球に向けて送電する。
（超小型） ・軽量送電パネルを搭載することで超小型衛星による送電実験を行う。
（共通） ・送電出力は数kWとし、パイロット信号を受けて方向探知し 5秒間送電する。
・地上ではパラボラアンテナで受電する。
４．諸元
・周波数
5.8GHz・送電距離 300km規模
・送電出力 数kW （送電時間 5秒）
・発送電一体型パネルモジュールサイズ 0.5m×0.5m×0.1m， 6kg規模 （小型）・パネル数 8枚・送電アンテナサイズ（パネル展開後） 1.5m×1.5m
・衛星質量 バス部約40kg、搭載部約60kg （小型）バス部約30kg、搭載部約20kg （超小型）・衛星サイズ 約0.5m×0.5m×0.5m
・地上受電 Φ18mパラボラ使用（数mW受電）
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無線電力伝送評価試験© 2017 Japan Space Systems

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４－４．宇宙実証の試験イメージ ～超小型衛星または小型衛星つづき
５．実証試験の実施にあたり必要な技術、技術水準

DC-RF変換効率

チャンピオン 80％（HPA周辺回路改良）

ビーム形成技術
発送電一体型パネル

500mm

位相制御技術
超小型衛星の場合
送電部のみで厚さ 0.02m

1380mm

小型衛星の場合の厚さ 0.1m
構造物展開技術
熱

500mm

60％
500mm

送電部総合効率1380mm

必要な技術、技術水準

500mm

技術実証項目パネル基本構造と２次元展開イメージ

1m規模のパネルの２次元展開システムでの成立性実証

６．期待される産業応用
発送電一体型パネルの設計・製造技術
・太陽電池応用向けの発電蓄電一体型セル・小型衛星用の発送電一体型セル
・熱構造・電子機器の一体設計・製造技術による稠密システムの実現
・壁/天井などの建築資材が画面や各種センサ・空調システムと一体となった知能構造システム

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４－５．宇宙実証の試験イメージ ～テザー型小型衛星【宇宙実証（テザー型小型衛星）】
１．目的
・軌道上（宇宙空間）から地上へのマイクロ波電力伝送技術の実証を行う。
・宇宙太陽光発電システムとしての成立性、実現性を検証する。
・２次元パネル構造の展開技術、テザー伸展技術を実証する。
２．確認すべき技術内容
・地上実証よりさらに長距離でのビ－ム方向制御技術[300km規模]
・マイクロ波の電離層通過実証[パイロット信号の位相擾乱と主ビームの非線形現象の評価]
・発送電一体型パネルの宇宙環境実証
・発送電一体型パネルの２次元展開技術、テザー伸展技術
３．実証試験内容
・小型衛星に発送電一体型パネルを搭載し、低軌道上（300km）から地球に向けて送電する・送電出力は数kWとし、パイロット信号を受けて方向探知し 5秒間送電する。
地上ではパラボラアンテナで受電する。
４．諸元
・周波数
5.8GHz・送電距離 300km程度
・送電出力 数kW （送電時間 5秒以上）
・発送電一体型パネル（モジュールサイズ） 0.5m×0.5m×0.1m， 6kg規模
・モジュール数 16枚（4×4モジュール）・送電アンテナサイズ（パネル展開後） 2m×2m
・ミッション重量 約150kg、（発送電パネル100kg、制御部20kg、展開テザー伸展部25kg、観測機器部5kg）
・地上施設 パイロット信号送信局、受信分散アンテナによるビームパターン
及びEMCの計測、送電周波数及び高調波測定
無線電力伝送評価試験
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４－５．宇宙実証の試験イメージ ～テザー型小型衛星つづき
５．実証試験の実施にあたり必要な技術、技術水準
技術実証項目必要な技術、技術水準

送電部総合効率60％

DC-RF変換効率

チャンピオン 80％（HPA周辺回路改良）

ビーム形成技術

位相制御技術発送電一体型パネル
構造物展開技術
熱

テザーワイヤー30m

厚さ 0.1m1m規模のパネルの2次元展開システムでの成立性実証

発送電一体型パネル

2m×2m×0.1m

パネル基本構造と２次元展開イメージ

６．期待される産業応用
発送電一体型パネルの設計・製造技術
・太陽電池応用向けの発電蓄電一体型セル
・熱構造・電子機器の一体設計・製造技術による稠密システムの実現
・壁/天井などの建築資材が画面や各種センサ・空調システムと一体となった知能構造システム

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４－６．宇宙実証の試験イメージ ～実証プラント1/4モデル【宇宙実証（実証プラント1/4モデル）】
１．目的
実証プラントの1/4モデルによる実証プラント1ユニットの事前実証を行う。
２．確認すべき技術内容
・大規模柔軟構造物建設技術の検証。
・大規模柔軟構造物の姿勢・軌道維持技術の検証。
３．実証試験内容
・大型ロケット１機で低軌道（370km）に打ち上げる。
・低軌道にて軌道間輸送機に積み替えて静止軌道へ輸送する。
４．諸元
・発送電一体型パネル（モジュール） 0.5m×0.5m×（0.02m～）0.1m、1.6kg
・四分の一ユニット
外形寸法
約50m×48m×（5km～）10km、 15t 規模
・送電出力 500kW
・ビーム制御方式 レトロディレクティブ・マイクロ波周波数 5.8GHz
・試験高度36,000km

バスシステム約50m×48m

発送電一体型パネル

システムコンフィギュレーション

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４－６．宇宙実証の試験イメージ～実証プラント1/4モデルつづき
５．実証試験の実施にあたり必要な送受電技術、技術水準
技術実証項目必要な技術、技術水準

技術実証項目必要な技術、技術水準

送電部総合効率70％

DC-RF変換効率85％（HPA周辺回路改良）

ビーム形成技術

位相制御技術受電部総合効率70％

構造物構築技術50m規模のパネルの2次元展開

RF-DC変換効率80％

送電部軽量化

20g/W＊

テザー進展技術
姿勢制御

熱5～10km規模
テザー構造の姿勢安定技術システムでの成立性実証＊送電部軽量化（発電、蓄電を除く）
マイクロ波回路関連の重量(g)／サブアレイ出力(W)６．期待される産業応用
大型送電パネルの設計・製造技術
・センサーネットワーク（送電衛星）
・マイクロ波加熱
テザー伸展技術・デブリ回収衛星
・極限環境システム
構造物展開技術・合成開口レーダー・通信アンテナ、発電パネル（深宇宙探査・大型通信衛星用）

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４－７．宇宙実証の試験イメージ ～実証プラント1/4×4モデル【宇宙実証（実証プラント1/4×4モデル）】
１．目的
実証プラント（１ユニット）相当の軌道上実証を行う。
２．確認すべき技術内容
・大規模柔軟構造物建設技術の検証。
・大規模柔軟構造物の保守の実現性検証。
・大規模柔軟構造物の姿勢・軌道維持技術の検証。
・静止軌道にて建設（ランデブードッキング）し、姿勢・軌道維持を行う技術検証。
３．実証試験内容
・大型ロケット１機で低軌道（370km）に打ち上げる。
（四分の一ユニットを１システムとして、４システム同梱する）
・低軌道にて軌道間輸送機に積み替えて静止軌道へ輸送する。
・建設後の構造物において保守機能を確認する。

４．諸元
・発送電一体型パネル（モジュール） 0.5m×0.5m×（0.02m～）0.1m、1.6kg
・四分の一ユニット
外形寸法
約50m×48m×（5km～）10km
・組立後の外形寸法 約100m×95m×（5km～）10km
・送電出力 2MW
・ビーム制御方式 レトロディレクティブ・マイクロ波周波数 5.8GHz
・試験高度36,000km
組立て後のシステムコンフィギュレーション

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４－７．宇宙実証の試験イメージ ～実証プラント1/4×4モデルつづき
５．実証試験の実施にあたり必要な送受電技術、技術水準
技術実証項目必要な技術、技術水準

技術実証項目必要な技術、技術水準

送電部総合効率70％

DC-RF変換効率85％（HPA周辺回路改良）

ビーム形成技術

位相制御技術受電部総合効率70％

構造物構築技術50m規模のパネルの2次元展開
ランデブードッキング

RF-DC変換効率80％

送電部軽量化

20g/W＊

テザー進展技術
姿勢制御

熱5～10km規模
テザー構造の姿勢安定技術システムでの成立性実証＊送電部軽量化（発電、蓄電を除く）
マイクロ波回路関連の重量(g)／サブアレイ出力(W)６．期待される産業応用
大型送電パネルの設計・製造技術
・センサーネットワーク（送電衛星）、赤道周辺国への送電
・マイクロ波加熱
テザー伸展技術・デブリ回収衛星
・極限環境システム
構造物展開技術・合成開口レーダー・通信アンテナ、発電パネル（深宇宙探査・大型通信衛星用）

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５．今後の研究開発の考え方•

電力系では、太陽電池の技術開発により軽量化、高効率化、低コスト化が進められる＊１とともに、メガソーラー等の直流電力と大規模系統連系技術の発展も見込まれる。

•

送受電部については変換効率の向上やビーム制御など無線送受電技術に関する要素研究を引き続き進める。さらに、マイクロ波の環境評価や周波数調整、認知度の向上など無線送受電の実用化にかかるさまざまな課題の解決にも取り組んでいく。

•

構造系では、発送電一体型パネルの研究開発に取り組む。JAXA・大学等で実施されている展開技
術やテザー伸展技術等の開発と協力しつつ、さらに今後大型構造物の構築・維持・制御技術の研究開発が進められる中で、大型の構造物に関する各種技術の進展が見込まれる。

•

推進系では、世界的にロケットの大型化と再使用等による低コスト化が急速に進んでおり、また今後、電気推進による軌道間輸送システムの開発の動きもあり、こうした技術進展により将来の実用時点における低コスト大量輸送の実現が見込まれる ＊２。

•

これらの技術開発や社会的な課題解決を進め、2020年代に地上で確認できる技術の確認を終えた段階で、宇宙実証への移行が適当かどうか判断する。その後宇宙で確認すべき技術の実証を行いながら、社会的な必要性やシステムの経済性も踏まえて、SSPSの実用化技術を確認する。2045年以降に実用化への着手を目指す。
＊１：太陽光発電開発戦略（NEDO PV Challenges）（H26年9月NEDO）＊２：宇宙輸送システム長期ビジョン（宇宙政策委員会Ｈ26年4月）

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23

６．将来における宇宙太陽光発電システムの意義•

宇宙太陽光発電システム（SSPS）は、昼夜・天候といった自然条件に左右されることなく発電が可能であることから、地上の太陽光発電と比べて安定供給が可能なクリーンなエネルギーという特徴を持ち、将来のエネルギー問題の解決に必要な技術として、実現が期待されている。

•

エネルギー基本計画（平成26年4月閣議決定）では、多くの資源を海外に依存せざるを得ない
我が国が抱えるエネルギー需給構造上の脆弱性や、2050年に世界で温室効果ガスの排出量
半減、先進国では80%削減といった困難な課題を根本的に解決するためには、革命的なエネ
ルギー関係技術の開発が必要であるとし、 SSPSはその一つに位置づけられている。

•

科学技術イノベーション総合戦略2016（平成28年5月閣議決定）でも、クリーンなエネルギー供給の安定化と低コスト化という課題解決に向けて、SSPSは超長期的なエネルギー技術として、重きを置くべき取組の一つとされている。

•

また、宇宙政策委員会がまとめた宇宙輸送システム長期ビジョン（平成26年4月）では、将来の宇宙利用の姿として、滞在型宇宙旅行や軌道上での人工衛星組立などと並んで、SSPSも想定されている。2040年から2050年頃に、将来宇宙輸送システムが社会インフラとして整備され、広く日常的に宇宙輸送を利用できるような社会が想定されている。

•

SSPSの建設には大量の輸送を必要とすることから、将来の宇宙開発をリードするミッションになりうるものであり、こうした点からも実現が期待されている。

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24７．発送電一体型宇宙太陽光発電システム2006モデル研究開発ロードマップ
2015

2020

2025

2030

地上実証（水平）

水平方向
距離50m

2018年

2023年頃地上実証（垂直）

長距離実証

発電効率
送電効率 35％
電 送電部総合効率
力
ビーム制御精度系 ビーム形成制御技術
0.15度
受電部総合効率

発送電一体型パネル

構 構造物の展開、結合・組立技術
造
系 熱構造
姿勢維持
保守管理技術受電効率 42％

送電効率40％

大量打ち上げ技術

実用SSPS

宇宙実証【イメージ】
実証プラント【イメージ】
超小型衛星
小型衛星

発電効率 20%

発電効率 25%

発電効率 30%

送電効率 60％

送電効率 70％

送電効率 80％位相制御技術

ビーム制御精度
0.0002度
受電効率80％

移動した受電部に送電

位相制御技術受電効率50％受電効率60％位相制御技術受電効率70％発送電一体型パネル
90g/W

発送電一体型パネルの開発 発送電一体型パネル
90g/W
大型構造物の展開技術
モジュール構造技術
熱変形抑制技術
テザー伸展制御技術
システム検討
大出力電気推進の研究開発
低コスト打ち上げシステムの研究開発

ワイヤレス給電ビジネスの発展

産業分野・
宇宙開発への技術応用

2050

送電効率 60％

ランデブードッキング

推 軌道維持進系 軌道間輸送

2045

技術の
確認

宇宙実証の
実現性判断

垂直方向
（上→下）
距離 1～5km
送電部軽量化
発送電一体型パネル

垂直方向
（下→上）
距離50m
移動体追尾

2040

宇宙実証フェーズ

地上実証フェーズ
2015年

2035

・ワイヤレスIoTセンサーへの給電
・ドローン、ロボット等への給電・インフラ点検、防災センサー等への給電
・携帯電話ワイヤレス給電

一般財団法人宇宙システム開発利用推進機構

打上時のパネル収納の発送電一体型パネル
効率化
10g/W
モジュール構造の軌道上
実用SSPS建設
展開・組立
姿勢維持
テザー軌道上自動伸展制御
保守管理
重力傾斜姿勢安定技術
軌道維持
軌道上での自律部品交換

軌道上での自動自律ランデブードッキング
テザー構造物の軌道維持制御
軌道間輸送機
軌道間輸送機の研究開発
RLV 0.1億円/t
打ち上げコストの低減

宇宙技術の発展・災害等緊急時のバックアップ給電・離島僻地給電、洋上風力発電の送電・合成開口レーダー・成層圏通信プラットフォームへの給電
・宇宙用大型通信アンテナ制御

発電効率 35%

宇宙産業の発展・衛星から地上センサーへの給電・大型構造物構築技術適用の静止降水レーダー
・多目的スペースタグ
・低価格宇宙旅行
・将来型宇宙ステーション等の大型構造物の構築© 2017 Japan Space Systems

25

発送電一体型宇宙太陽光発電システム2006モデルの技術課題と開発目標
地上実証
（垂直）

長距離実証

－

－

20%

25%

25%

30%

30%

35%
0.5g/W－

HPA素子、周辺回路、高調波処理等による高効率化

総合効率
35％

総合効率
40%

総合効率
60%

総合効率
60%

総合効率
60%

総合効率
70%

総合効率
70%

総合効率
80%

－

重量比電力 ＊２

36g/W

36g/W

90g/W

90g/W

90g/W

20g/W

20g/W

10g/W

1m2あたりの重量

44.7kg/m2

44.7kg/m2

11.8kg/m2

11.8kg/m2

11.8kg/m2

4.4kg/m2

4.4kg/m2

2.2kg/m2

－

1.9度

1.9度

1.5度

2度

1.5度

0.1度

0.03度

0.001度

－

0.15度

0.15度

0.3度

0.4度

0.3度

0.02度

0.006度

0.0002度

－

総合効率
42％

総合効率
50%

総合効率
60%

－

－

総合効率
70%

総合効率
70%

総合効率
80%

－

－

－

風雨対策の
実施

－

－

小規模レク 小規模レク
テナ開発
テナ開発

環境対策

－

目的

分野
発電

宇宙実証
実用SSPSで テザー
必要な技術レ 固有
イメージ
イメージ
ベル
技術
＜低軌道＞
＜静止軌道＞
水平方向で ・垂直方向で ・長距離の無 ・低軌道上か ・宇宙太陽光 静止軌道上 静止軌道上 静止軌道上の無線電力 の無線電力 線電力伝ら地上への 発電システ で実証プラン で実証プラン に以下の構伝送技術を 伝送におい 送技術を実 マイクロ波電 ムとしての成 トの1/4モデ トの1/4モデ 造物を構築
実証て、適切な 証力伝送技術 立性、実現 ルによる実 ル×4機で実 '・パネル寸ビーム形成 ・発送電一体 の実証
性検証
証プラント1 証プラント1 法：2.5km×技術を実証 型パネルを ・宇宙太陽光 ・２次元パネ ユニットの事 ユニットによ 2.4km×・精度の高い 開発
発電システ ル構造の展 前実証る大規模柔 0.02m－
ビーム方向
ムとしての成 開技術、テ
軟構造物の ・テザー長：制御技術と立性、実現 ザー伸展技
建設、組立 5km～10km
移動体を追
性検証
術実証
技術実証
・全重量：
尾する技術
（小型衛星） （テザー型小26,600トン（パを実証型衛星）
ネル25,200t、バス1,400t）
地上実証
（水平）

－

技術課題
必要な技術
高効率
＊1
（対重量、対面積） 産業用太陽電池の高効率化
DC-RF変換軽量化技術

送電位相制御によるビーム形成技術
ビーム形成制御

RF-DC変換
受電
レクテナ建設と系統接続

発送電一体型
パネル

レトロディレクティブ方式による高精度ビーム方向制御技術
アンテナ入力、分配、合成、整流、再放射抑制等による高効率化
恒久的大規模レクテナの建設と商用系統連携技術

送電パネル 発送電一体 発送電一体 発送電一体 展開可能な

展開可能な

厚さ：2cm－

厚さ：2.5cm

厚さ：10cm

厚さ：10cm

送電
ﾓｼﾞｭｰﾙ
16kg

発送電一体 発送電一体 発送電一体 発送電一体 発送電一体 発送電一体
9kg
9kg
6kg
1.6kg
1.6kg
1kg

－

軽量で打上時の収納高効率化技
4
4
16
8
8
9,500
38,0002,375万術 （軌道上組立可能なモジューモジュール モジュール モジュール モジュール モジュール モジュール モジュール モジュール
ル構造）－

電気回路等のパネル部への搭載 送電パネル 高効率化設 型パネルの 型パネルの 型パネルの 発送電一体 発送電一体の設計・製造計・製造
設計・製造 設計・製造 設計・製造
型パネル
型パネル
化技術
厚さ：2.5cm
発電・送電等回路、構造部材等軽量化技術

大型2次元（パネル）構造の展開技術お 大型パネル展開技術
よび結合・組立 テザー伸展技術
大型
構造（軌道上で自動自立的に行うテ
物
ザー伸展、モニタリング）

送電
ﾓｼﾞｭｰﾙ
16kg

厚さ：10cm

厚さ：10cm

厚さ：10cm

－

－

－

1.5m級

2m級

50m級

50ｍ級

－

－

－

－

30m

熱変形最適化技術

－

－

－

1.5m級

2m級

50m級

50ｍ級

2,500m級

－

熱的成立性

－

－

－

低軌道

低軌道

静止軌道

静止軌道

静止軌道

－

大規模柔軟構造物の姿勢制御（重力傾斜姿勢安定技術）

－

－

－

－

2m級

50m級

100ｍ級

2500m級○

軌道上での予備品交換を自動自律的に行う技術

－

－

－

－

－

－

自律ロボッ 自律ロボット
ト技術
技術

－

軌道上のロジスティック設備（倉庫）補充管理技術

－

－

－

－

－

－

1/4ユニット
交換

総量10％
保管

－

ランデブードッキン 軌道上で自動自律実施、モニタリ
グ技術
ング技術、積み替え技術

－

－

－

－

－

－

100m級

2500m級－

軌道維持

テザー構造物の軌道維持制御（構造物に設置する推進器による
制御）

－

－

－

－

2m級

50m級

100ｍ級

2500m級○

軌道間輸送

高比推力LEO／GEO軌道遷移

－

－

－

－

－

電気推進
OTV

電気推進
OTV

往還型
OTV

－

－

－

－

－

－

ペイロード重量15トン級

ペイロード重 ペイロード重量量15トン級
40トン級－

発電衛星の運用管制（発送電停止を含む電力量制
御、送電先制御、姿勢・軌道制御
等）

－

－

－

手動運用

手動運用

手動運用

手動運用

自動自律機
能と連携し
た運用

－

運用寿命終了後の廃棄（地球周回軌道からの離脱、地上回収後資源再利用）

－

－

－

終了処置、 終了処置、 終了処置、 終了処置、 終了処置、回収等運用 回収等運用 回収等運用 回収等運用 回収等運用

－

100m級

5km～10km 5km～10km 5km～10km

－
○

熱構造

姿勢維持

保守管理技術（部分交換含む）

宇宙輸送

大量打ち上げ技術 低コスト化、再使用技術

運用
管制

軌道上運用

*1：太陽光発電開発戦略（NEDO PV Challenges）（H26年9月NEDO）から*2：マイクロ波回路関連の重量比電量

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