宇宙太陽発電システム（SSPS）の開発を大きく前進させるために, 今なすべきことは何か. 世界のフロントランナー型プロジェクトの成功事例から, ビジョン及びイノベーションの重要性とプロジェクトを成功に導くクライテリアについて分析を行い, SSPSに期待されるビジョン（政策）, 商用SSPSに求められる技術とコストを整理し, SSPSの開発の考え方や検討結果, SSPSの開発に向けての問題提起と考えるヒント等を紹介する.

　宇宙太陽光発電システム（SSPS）は，Glaserによる最初の着想から50年近く，国内の研究開発開始から30年が経過したが実現の目処は立っていない．また，過去に作成された研究開発ロードマップについても実態と整合しない状況となっており，広く理解と支持が得られているとは言えない状況である．JAXAは，SSPSの研究開発を適切に推進するために，新たにシナリオ／ロードマップを作成する必要があると考え，2013年度からSSPS事業性検討委員会，これに加えて2014年度からSSPSシステム検討委員会という外部有識者による2委員会体制を構築し検討を進めてきた．本論文ではその概要について解説する．

　一般財団法人宇宙システム開発利用推進機構(J-spacesystems)〈旧無人宇宙実験システム研究開発機構 (USEF)〉では，平成21年度(2009年度)より経済産業省(METI)から委託を受けて「太陽光発電無線送受電技術研究開発（マイクロ波による精密ビーム制御技術の研究開発）」事業を推進し，平成26年度（2014年度）を以て目標を達成して終了した．ここではマイクロ波による宇宙太陽光発電の中核的技術である無線送受電技術の確立に向けて，不可欠な精密ビーム制御技術の確立と地上での応用を図る目的で，試験モデルを試作し，屋内（電波暗室）及び屋外における電力伝送試験を実施した．我々が取り組んだ研究開発の概要および成果について紹介する．

　マイクロ波無線電力伝送地上試験システム用ビーム方向制御装置を開発し，軌道上の大規模SSPS(Space Solar Power Systems)における太陽熱や重力傾斜トルクによる巨大アンテナ面の変形を模擬した状態で，その変形を電子的に補正し，5.8GHz帯のkW級高出力マイクロ波ビームを所望の方向に高精度で指向制御できることを実測により確認し，ビーム方向制御方式の有効性を実証した．また，無線電力伝送した電力を実負荷に供給して，ユーザに実際に使用していただく実用化実証(デモンストレーション)を実施した.

　平成21年度から26年度にかけて，「マイクロ波による精密ビーム制御技術の研究開発」を推進した．本研究では，宇宙太陽光発電（SSPS）のキー技術である，精密ビーム制御技術の実証を目的として実証試験機の開発を行い，電力伝送試験を行なった．本報告はこれらの研究のうち，送電部の開発結果を報告し、この成果を受けたSSPS用送電部の今後の開発の方向性について提案を行なう．

　マイクロ波電力伝送試験モデルのうち，受電部の開発を行った．本開発では，円偏波の高効率受電，受電素子であるレクテナの高効率制御，レクテナの故障防止対策等に取り組んだ．また，製造した受電部を用いて，屋外において送電部およびビーム方向制御部と組合せた送電実験を実施した．本論文では，開発概要と地上実験結果について報告する．

  Microwave Wireless Power Transmission technology is researched and developed for Space Solar Power System. This technology has the advantage of being able to transmit long range, compared with other Wireless Power Transmission technologies. So, this technology is expected to be useful in many spinoff applications, especially long range Wireless Power Transmission uses. For these spinoff uses, it is necessary to develop the application technologies. This paper describes the application technologies for these spinoff uses and Ground Experiment on Wireless Power Transmission. This research and development is carried out as the consignment contract of the Ministry of Economy, Trade and Industry.

　宇宙太陽光発電システム（SSPS）は環境とエネルギー問題の解決案の一つとして注目されている．SSPSはkmサイズの宇宙構造物でGWクラスの発電システムが検討されており，従来にない大規模光発電システムが要求される．我々は，大規模宇宙発電システムに関して研究を行っている．軽量化を実現するためには，薄膜太陽電池の新しい宇宙応用技術が重要であり，現在，薄膜太陽電池の中で最も高い変換効率が期待できるCIGS薄膜太陽電池に関して，SPSに用いた場合の発電システムの検討を前提とした，太陽電池の温度による特性変化，高照度による特性変化，耐宇宙環境性を実験的に求め，システム検討を行った．

　宇宙太陽光発電では効率の観点から，MWクラスの発電と基幹電圧の高電圧化が見込まれており，宇宙放射線環境で高電圧化を許容する様な設計基準を新たに構築していく必要がある．また，衛星表面材料と放射線・高電圧の相互作用を電子物性の観点から把握していく必要もある．衛星帯電について放射線と絶縁材料との相互作用を帯電計測や電気物性値計測から定量的に評価しているので，その現状について本報する．

　SSPSは多数の発送電一体型パネルによって構成される大規模発電衛星である.発電側に太陽電池，送電側にアンテナを搭載した発送電一体パネルが用いられ，マイクロ波で地上へエネルギーを送る.静止衛星軌道上に建設されるSPSは，送電側は常に地球方向を向き，太陽との位置関係が周期的に変化する.そのため，発送電パネルは周期的な熱変形が生じる.その変形を補正するため，カーボンナノチューブアクチュエータによる制御を提唱し，検討を行っている.本論文では，CNAの発生力と変形形状予測について論じる.

　太陽発電衛星システムの中でも，送電アンテナ（スペーステナ）は，最も重要なサブシステム・部品である．衛星全体の構成，姿勢制御，ビーム制御などに，大きな重要な影響を持つ．しかし特殊な部品であるため，あまり検討されていない．本稿では，これまでの主な成果をまとめ，今後の開発方向を示す．技術的には，実証すべき要素が未だあるが，十分解決可能である．

　我々は，ビジネスとして収益が上がり，国益に寄与し，そして国民が幸せになることを念頭に，宇宙太陽発電システムに関わるステークホルダーを洗い出し，そのシステムデザインを行った．本論文では，以下のシナリオの可能性を論じる．宇宙太陽発電システムを日本が主導して実現することにより，競争力を失った日本メーカーが復活し，日本は世界一の技術立国に生まれ変わる．また，電柱が不要になり，景観の面でも災害対策としても有効であり，変電所，発電所が不要になりテロの脅威も軽減できる．その上，脱原発が達成され，核も軍隊も不要の全く新しい安全保障体制が実現でき，全世界の安全保障にも繋がり，世界平和の実現に繋がる．

　宇宙太陽発電システムをはじめとする定点間のビーム型マイクロ波電力伝送においては，人体や生態系への影響を最低限に抑え，且つ通信システム等との電波干渉を引き起こさないために，マイクロ波ビームのエネルギー漏洩を低く設計する技術の開発が必要である．本研究は，球面波を合成することにより最適なビーム電磁界をハードウェアの制約がない状態で設計し，次にビーム電磁界に対応するアンテナを設計する手法を提案する．また，回転対称性の高いビームを形成するアレーアンテナとして，同心円状にアンテナ素子を配置したリング配列アレーアンテナの基礎的検討について報告する．

　本研究ではレトロディレクティブ用小型軽量なアンテナシステムのために，多層基板上にデュアルバンドアンテナを試作した．試作した2×2アンテナのゲイン測定の結果，8.49 dBi（@ 7.11GH z）及び9.61 dBi（@ 8.29 GHz）のアンテナ利得を確認した．また，アンテナの各ポート後段にバンドパスフィルタを導入することで，-49.5 dB（@ 7.11 GHz）及び-52.8 dB（@ 8.29 GHz）のアイソレーション特性を確認した．ミキサと試作した1×2アンテナを用いたビーム方向制御試験では，アンテナ間位相差から導出される放射角の理論値と測定値を比較した．

　テザーSPSのように，多数のパネルを接続することにより構成されたSPSは，パネル接続部が可動であることから，送電アンテナのアンテナ面の形状を維持することが困難である．SPSにおけるマイクロ波電力伝送の実現のためには，アンテナ面のゆがみによる影響を補正するビーム制御を行う必要がある．本研究では，パネル構造を持つSPSのシステムを対象として提案されたPAC法と呼ばれる手法の位相補正の制御精度の評価について述べる．

　本研究は宇宙太陽発電をテーマに,一般参加者と学会関係者を対象としてそれぞれサイエンスカフェを実施し,アンケート結果を比較分析した.これにより両者の差異の可視化とそのすり合わせをおこない,一般市民の興味関心に合わせたQ&Aの提案をおこなった.

　SSPSの経済的成立性を左右する要因の一つは輸送コストである．本論文では，部分再使用打ち上げロケット（GLV）と電気推進を用いた完全再使用軌道往還機（OTV）によりSSPSを輸送するシナリオに基づいてそのコスト計算を行う．現状の技術レベルとその延長で実現可能なSSPSの輸送コストは，10000 tonのSSPSを10年で構築するのに約1.27兆円であり，アルゴンを推進剤とした比推力2660 sの電気推進で実現される．一方，GLVのみでは44%高いコストとなった．感度解析を行うことでSSPSの輸送コストにインパクトを与えるパラメータを抽出し，SSPSの輸送コストを3000億円にするのに必要な技術革新として，GLVおよびOTVの初期製造コストを75%削減することが必要であることが明らかとなった．