사상 처음으로 우주 공간에서 태양광을 수집하고 이를 지구로 전송하는 테스트가 성공했다. 하루 동안 진행된 이 테스트를 위해 인공위성은 1년여의 임무를 수행했다.
포퓰러 사이언스는 16일(현지시간) 캘리포니아 공과대학교(캘텍)이 위성을 통해 하루 동안 태양 에너지를 수집, 지구로 전송하는 기술 타당성 테스트가 성공을 거뒀다고 소개했다.
이에 따르면 캘텍은 지난해 1월 스페이스X의 '팰컨9' 로켓에 SSPD-1(Solar Space Power Demonstrator) 위성을 탑재, 3가지 실험을 목표로 대규모 프로젝트를 진행했다.
여기에는 ▲메인 구조물인 경량 태양광 패널 구조의 내구성과 효율성 조사 ▲32개의 광전지 설계를 테스트하고 적합성을 따지는 테스트 ▲궤도에서 태양광을 수집하고 이를 지구로 전달하기 위한 마이크로파 송신기 테스트 '메이플(MAPLE)' 등이 포함됐다.
캘텍은 3가지 임무가 모두 성공한 것으로 간주했다. 특히 가장 중요한 것은 태양 에너지를 광전지로 수집하고 마이크로파 빔을 통해 지구로 전송하는 메이플이 처음으로 성공했다는 것이다.
과정은 쉽지 않았다. 무선 전력 전송 실험 자체가 최초라 많은 사전 테스트가 필요했다. SSPD-1 팀 구성원은 메이플 성능을 극대화하기 위해 8개월 동안 실험실 테스트에 매달렸다.
그 결과 드러난 메이플의 잠재적 약점을 통해 설계를 변경하고 설계에 적용할 아이디어를 얻었다. 알리 하지미리 캘텍 우주 태양광 프로젝트 공동 책임자는 "장기간 진행한 테스트를 통해 메이플 성능을 최대화하기 위한 설계 수정이 진행됐다"라며 "우주 테스트를 통해서는 더 많은 정보와 자신감을 얻을 수 있었다"라고 밝혔다.
실제 상황에서는 일부 구조물에 와이어가 걸려 패널 전개가 지연되고 구조물이 손상되는 사고도 발생했다. 이는 실험실에서는 발생한 적이 없던 것으로, 결국 카메라 이미지를 통해 문제를 파악하고 전체 구조를 진동하는 방법으로 와이어를 푼 것으로 알려졌다.
세르지오 펠레그리노 캘텍 우주 태양광 프로젝트 공동 책임자는 "무엇보다 기본 개념의 견고성을 입증한 것이 큰 성과로, 이 경험에서 얻은 교훈이 다음 개발에 반영될 것"이라고 말했다.
이처럼 사상 첫 실험은 성공했지만, 이 기술이 효율적으로 자리 잡으려면 무엇보다 비용 문제를 해결해야 한다는 숙제를 안고 있다.
우주 테스트용으로 초경량 연구용 태양광 모듈은 캘텍 나노과학연구소 시설을 통해 맞춤 제작했으며, 제작비는 일반 태양광 모듈의 100배에 달하는 것으로 알려졌다. 저렴하고 대량 생산 가능한 셀 제조법으로 태양광 모듈의 질량과 비용을 크게 줄여야 한다. 동시에 우주의 태양 복사 및 지자기 활동을 견딜 수 있을 만큼 강해야 한다.
또 이전 추정에 따르면 우주에 수집된 태양광 발전 비용은 킬로와트시(kWh) 당 1~2달러인 반면, 현재 미국 전력의 경우 kWh당 0.17달러 미만이다. SSPD-1이 마이크로파 빔을 통해 전달하는 에너지의 양은 일상적인 사용에 필요한 에너지에 비해 극히 미미하며, 강력한 마이크로파와 레이저 빔을 지구로 돌아오는 과정에 안전 문제도 발생할 수 있다.
하지만 이런 문제점에도 불구하고, 이번 실험은 실제 테스트 환경에서 각 구성 요소를 평가할 기회를 제공했으며 향후 우주 태양광 발전에 큰 영향을 미칠 것으로 평가받고 있다.
자선가인 도널드 브렌 어바인 컴퍼니 회장은 우주 태양광 프로젝트에 1억달러(약 1345억원)의 기부를 약속했다. 그는 "캘텍의 뛰어난 과학자들의 헌신적인 노력은 인류 전체의 이익을 위한 풍부하고, 신뢰할 수 있으며, 저렴한 에너지를 제공하는 우리의 꿈을 앞당기고 있다"라고 전했다.
연구진들은 현재 이번 실험의 피드백을 연구하며 다음 프로젝트에 앞서 해결해야 할 근본적인 연구 과제를 식별하고 있다고 밝혔다.
김태용 기자 future@aitimes.com
