宇宙ビジコンでサッとプロトタイプを作って優勝してきた

星取県宇宙ビジネスプランコンテストで月面におけるワイヤレス給電に関するビジネスアイデアを提案しました。私はプロトタイプの製作を担当しました。

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星取県宇宙ビジネスプランコンテスト

鳥取県は美しい星空や鳥取砂丘での月面実証実験を活用して「星取県」という名前を掲げており、宇宙をテーマにしたビジネスプランコンテストが開催されました。
about https://www.space-biz-tottori.com/より

チーム「Lighthouse」

Lighthouseは、ビジネスサイドの阿部舞哉(あべま)とエンジニアの私がメンバーです。あべまは模擬人工衛星のCanSat開発、私はハイブリッドロケット開発のサークルに所属し、その縁でチームを結成しました。

月面でのワイヤレス給電

ビジネスプランは「月面にワイヤレス給電を用いたエネルギーインフラを構築する」という内容です。ワイヤレス給電機能を備えたエネルギー給電スタンドを設置し、ローバーや宇宙服などに電力を供給します。鳥取砂丘は月面によく似た環境であり、実証実験の場として最適です。

ワイヤレスのメリット

ワイヤレス給電により有線コネクタを排除することは、レゴリス対策・ロボットによる制御の観点からメリットがあります。

非常に細かく鋭利で、静電気や磁気を帯びた砂であるレゴリスの影響を受けない。
コネクタ挿抜のために正確な位置制御を行う必要がなく、ロボットに簡単に電力を供給できる。

給電スタンドのメリット

ローバーの電力供給として、スタンドからの給電はランダー(着陸船)からの給電と太陽電池による自家発電の間をとったバランスの良い方法です。

	探査範囲	ローバーの設計
ランダー給電	❌ ランダー周辺のみ	✅受電のみのシンプルな構成
太陽電池搭載	✅制限なし	❌ 大きな発電装置が必要
給電スタンド	✅スタンドを点在させ広範囲に	✅ 無線の受電装置のみ

ワイヤレス給電の方式

ワイヤレス給電には様々な方式があります。今回は最も単純な電磁誘導方式から試作しました。

	効率	伝送距離	特徴
電磁誘導	70%～90%	数mm～数cm	Qi規格などで利用
磁界共振	40%～60％	数cm～数m	モビリティ給電で注目
マイクロ波	長距離ほど低下	数m～∞	長距離送電が可能

https://www.b-plus-kk.jp/wireless_1/wireless_2_1.htmlより

プロトタイプ製作

今回のコンテストは1/22に「ワイヤレス給電でなんかやろう」という状態でチームを結成し、実際のプロトタイプは3週間で開発しました。

スケジュール

ガントチャートに空白期間があるのは、鳥人間の電装と火星ローバーの電装作ったりスキー行ったりH3の打ち上げ(2/17の方)を見に行ったりしてるからです。~~ロケットがないだって？ｹﾞﾎｹﾞﾎ~~

gantt dateFormat YYYY-MM-DD axisFormat %m-%d todayMarker off section 全体チーム結成 : milestone, 2023-01-22,1d リサーチ :reserch , 2023-01-23,2023-02-04 プロトタイプ目標設定 : milestone, 2023-02-05,1d 書類提出 : milestone, 2023-02-20,1d 最終審査 : milestone, 2023-02-26,1d section 予定(理想) ラジコン完成 : milestone, 2023-02-17,1d 磁界共振対応 : milestone, 2023-02-26,1d section 製作 1号機製作(モーター回す) : first, 2023-02-06,1d 2号機製作(ラジコン試作) : first, 2023-02-07,2023-02-08 3号機製作(ギヤードモータ) : first, 2023-02-15,1d 4号機製作(2輪化) : first, 2023-02-22,2023-02-23 スタンド製作 : first, 2023-02-20,2023-02-24

リサーチ

まずは電磁誘導方式や磁界共振方式のワイヤレス給電を試すため、ファンクションジェネレータつきのオシロスコープでコイルとコンデンサを適当につけてちょっとした実験をしてみました。コイルにコンデンサをつけると振幅が大きくなるのは確認できましたが、現状のノウハウから短期間で長距離大電力の伝送を実装するのは難しそうだと判断しました。
coil
~~プロービングが雑なのは許して~~