未知なる太陽系航路を開く – NASAの「ソーラーセイル」プロジェクト

NASAが新たな太陽系探査の扉を開こうとしています。その鍵となるのが、太陽光を受けて推進力を得る「太陽帆（ソーラーセイル）」です。

人類は長年、宇宙空間を移動する際の推進エネルギー源を探し求めてきました。従来の化学燃料やイオンエンジンに代わる新しいアプローチとして、太陽帆（ソーラーセイル）に注目が集まっています。そこで登場するのが、NASAの「先進複合材料ソーラーセイルシステム」です。

このプロジェクトは2024年4月23日(ニュージーランド時間24日)に打ち上げが予定されており、宇宙開発の新たな地平を切り開くかもしれません。

ソーラーセイル実証ミッション「ACS3」の目的

ソーラーセイル実証ミッション「Advanced Composite Solar Sail System (ACS3)」は、NASAが開発中の次世代のソーラーセイル技術を実証するミッションです。主な目的は以下の通りです:

• 新しい帆材料の実証: ACS3ミッションでは、より軽量で強靭な新しいソーラーセイルの材料を地球軌道で実証します。これにより、将来の大型ソーラーセイル宇宙船の開発に役立てることが期待されています。
• ソーラーセイル展開技術の実証: ACS3では、ソーラーセイルの展開メカニズムや制御技術などの実証も行います。これにより、大型ソーラーセイル宇宙船の実現に向けた重要な技術的課題に取り組みます。
• 小型衛星への応用: ACS3では、電子レンジサイズの小型衛星にソーラーセイルを搭載して実証を行います。これにより、小型衛星へのソーラーセイル技術の応用可能性も探ります。

ACS3ミッションの目的は、より軽量で効率的なソーラーセイル技術の実証を通じて、将来の大型ソーラーセイル宇宙船や小型衛星への応用を目指すことにあります。

この成果は、太陽光を推進力とする新しい宇宙探査手段の開発に大きく貢献することが期待されています。

<NASAの次世代ソーラーセイル・ミッション|NASA公式youtube>

民間のロケットラボ（Rocket Lab）が打ち上げ

ソーラーセイル実証ミッションを打ち上げるロケットは民間のロケット会社「ロケット・ラボ（Rocket Lab）」のエレクトロン（Electron） ロケットのです。

ロケット・ラボは民間宇宙企業で、小型ロケットElectronを開発・運用しています。NASAはこのElectronロケットを使ってソーラーセイル実証ミッションを打ち上げることにしました。

Electronロケットは、国際宇宙ステーションの高度の2倍以上の600マイル(約960km)の高度まで、ソーラーセイルのCubeSatを運び上げる予定です。

これは、NASAが民間企業のロケットを活用して新しい宇宙技術の実証を行う良い例といえます。

ロケットラボ（Rocket Lab）とは？

ロケット・ラボは、小型衛星の打ち上げを専門とする民間宇宙企業です。

ロケット・ラボは2006年にニュージーランドで設立され、現在はカリフォルニア州に本社を置いています。宇宙開発を通じて地球上の生活の向上に貢献することを目的としています。

主力ロケットは「エレクトロン（Electron）」で、小型衛星の頻繁で信頼性の高い打ち上げを提供しており、完全な炭素複合材製のロケットで、3Dプリンターで製造された革新的な電動ターボポンプエンジンを搭載しています。

ロケット・ラボは2018年の初打ち上げ以来、39回の打ち上げ実績を持ち、170基の衛星を宇宙に送り込んでいます。これは、SpaceXに次いで2番目に多い打ち上げ実績を持つ民間企業です。

特に、小型衛星の急成長市場に対応しており、日本の宇宙ベンチャー企業も自社の小型衛星の打ち上げをロケット・ラボに依頼しています。

ロケット・ラボは小型ロケット技術の先駆者として注目されており、民間宇宙企業として重要な役割を果たしています。

<今回の打ち上げではNASAのソーラーセイル実証ミッションと、韓国科学技術院 (KAIST)の地球観測衛星NEONSAT-1も行われます。>

✅ Electron is ready for lift-off.

Our operations team have completed launch rehearsal for our next mission for @KAISTPR and @NASA. The launch pad is ready, the satellites are ready, Electron is ready. Onward to launch!

'Beginning Of The Swarm (B.T.S)' launch window opens:… pic.twitter.com/glF97rS9Pn

— Rocket Lab (@RocketLab) April 22, 2024

太陽帆（ソーラーセイル）って何?

太陽帆は、巨大な鏡のように光を反射する帆(セイル)を太陽光にさらすことで、その光の粒子(光子)からの微小な力で宇宙機を推進するというコンセプトです。

この原理は1920年代から提唱されていましたが、実用化には軽量で高精度な大型帆が必要でした。しかし近年、複合材料技術の進歩により夢が現実のものとなりつつあります。

ソーラーセイルシステムの主な特徴

ソーラーセイルシステムは、太陽光の圧力を利用して推進力を得る革新的な宇宙推進システムです。その主な特徴は以下の通りです:

• 燃料がいらない：ソーラーセイルシステムは、太陽光の圧力を利用して推進力を得るため、燃料を必要としません。これにより、長期的な宇宙探査が可能になります。
• 高比推力：ソーラーセイルシステムは、電気推進と比べて高比推力を実現できます。これにより、より高速な宇宙探査が可能になります。
• 姿勢制御：ソーラーセイルシステムは、太陽光の圧力を利用して姿勢制御を行うことができます。これにより、燃料を消費せずに姿勢制御が可能になります。
• ハイブリッド推進：一部のソーラーセイルシステムでは、電気推進との組み合わせ(ハイブリッド推進)が採用されています。（JAXAのIKAROSなど）これにより、より高度な推進性能が実現できます。

つまり、ソーラーセイルシステムは燃料不要、高比推力、姿勢制御、ハイブリッド推進など、従来の宇宙推進システにはない優れた特徴を持っており、今後の宇宙探査に大きな可能性を秘めています。

NASAの挑戦

今回のNASAプロジェクトでは、電子レンジサイズのキューブサット(ニューカレッジ大学の学生と共同開発)に、直径32メートルの巨大ソーラーセイルを搭載します。この帆は軽量な先進複合材料でできており、わずか10kgの重さです。

キューブサットは高度約600km(国際宇宙ステーションの2倍以上)の軌道に投入された後、この帆を広げ、数週間にわたって軌道上昇や方向転換など一連の運動性能試験を行います。

成功すれば、従来の化学燃料を使わずに宇宙機を推進できるようになります。光子からの力は微小ですが、燃料を搭載する必要がないため、長距離・長期間の宇宙航行が可能になるはずです。

先駆者IKAROS

実は太陽帆の実証実験は、日本が一足先に行っています。2010年に打ち上げられた「IKAROS」は、世界初の本格的太陽帆宇宙機です。7.5mの正方形の帆を太陽に向け、推進力を得ることに成功しました。

IKAROSの成果を受け継ぎ、NASAは更なる大型化と高性能化に取り組んできました。

期待と課題

この手法が実用化されれば、低コストで月や火星、さらにその先の太陽系探査ミッションへの扉が開かれます。燃料補給の必要がなくなり、持続可能で環境に優しい宇宙開発が実現するでしょう。

一方で精度の高い制御が課題と指摘されています。推進力が微小なため、軌道修正には相応の時間を要します。また、帆の温度管理や宇宙環境への対応など解決すべき技術的ハードルも残されています。

新時代の夢舞台に!?

しかし、このソーラーセイルに人類は大きな期待を寄せています。ロケットの大型化や多段化に頼らず、静かに宇宙空間を移動できる可能性があるからです。

例えば、惑星探査機の場合、従来はロケットの能力に制約されていましたが、太陽帆なら超小型探査機でも遠方を探査できるかもしれません。また、宇宙船にとっても極めて魅力的です。常に推進力が得られ、燃料補給の心配がなくなります。

さらに太陽帆は地球周回軌道上のスペースデブリ除去にも役立つのではないかと期待されています。デブリを帆に取り付け、日照圧で大気圏へと誘導し、安全に除去できるかもしれません。

民間企業の動き

NASAだけでなく、民間企業も太陽帆の実用化に乗り出しています。イーロン・マスクのSpaceXは2022年、パラシュート型太陽帆による宇宙インターネット衛星の回収に成功しました。また、ヨーロッパのベンチャー企業も小型衛星向け太陽帆の商用化を進めています。国を超えて太陽帆への期待が高まっているのです。

まとめ

太陽帆は、まだ研究開発段階の新しい宇宙航行手段です。しかし、一旦実用化が実現すれば、人類の活動範囲は飛躍的に広がることでしょう。NASAプロジェクトの行方に、多くの人が注目しているのも無理はありません。

この小さな帆が、未知なる大宇宙への一歩となり、新時代の幕を開くのかもしれません。宇宙開発の更なる進化に、大いなる期待と夢が込められています。