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サイズの問題:NASAスペースに過去最大のソーラーセイル

Solar sail

それは何?

IKAROSの打ち上げの際、日本は惑星間空間で使われるソーラーセイル技術の実験をした最初の国でした。巨大な可能性を秘めたこのソーラーセイル技術と、将来の経済的なエネルギー解決案へのアプリケーションの潜在力に注目したNASAは、宇宙通信、深宇宙ナビゲーション、そして、スペースの推進力能力という三つのプロジェクトを平行して実施することになりました。

太陽活動中の大規模なフレアがしばしば妨害を引き起こしますが、このエネルギーを放出する際、推進能力が空間に増大するために、使用可能なエネルギーを引き起こします。プロセス中に放出される太陽エネルギーをソーラーセイルを用いて利用することができます。それらは、宇宙船の効率を高めるとともに、運営経費も削減するでしょう。この巨大な潜在力を活用するための技術のデモンストレーションのため、NASAは、2015年頃に過去最大のソーラーセイルを起動させます。この宇宙船の面積は、今までの宇宙船よりも7倍大きくなります。2010年、NASAの100平方フィート帆NanoSail-Dは、再度大きな大気圏突入の前に、テスト運転として地球の大気に突入し、貴重な軌道データを得ることができましたが、操縦能力を欠いていました。このデモンストレーションを成功させるために、より多くの研究が行われています。

このプロジェクトを通じ、NASAは、三つの主要な新技術:レーザー通信リレー、深宇宙原子時計、そしてプラム・ブルック・チェンバー(plum brook chamber)越えのデモンストレーションを行いました。レーザー通信リレーは、ほぼ100%のコスト効率でデータレートが向上しています。水銀イオンをベースにした深宇宙原子時計のプロトタイプも試されました。これは、一方向の無線通信の速度とともに、GPSの精度を増加させます。最後に、高度な気象警報システムは、フレア活動に関する正確な情報を提供するでしょう。

どの位の大きさ?

カリフォルニアのエル・ガルデ社(L’Garde Inc.)は、アメリカ海洋大気庁(National Oceanic Atmospheric Administration) と共同で、このプロジェクトの最終的な構想をまとめています。彼らは、15543平方フィート、1444平方メートルの安定したソーラーセイルを構築するつもりです。不安定な状態の中で衛星を確保し、長い間放置していた多くの人工衛星の残骸を収集するために利用されます。それは、約三倍地球から離れた地点から、ジオストーム(GeoStorm)と呼ばれる太陽フレア追跡衛星を検索する能力を持つことになります。このデモ・ミッションは帆船の姿勢制御、トリムコントロール、更にその受動的な安定性も例示します。この三つのプロジェクトにかかる複合コストは、現在の技術の使用、また将来的にその技術を必要とするすべてのパートナー間の費用分担ベースは、およそ1億7500万ドルです。

ソーラーセイルによって行われる活動は、ソーラーセイルの推力を利用し、人工衛星の残骸を軌道から外し、除去することも含まれています。ソーラーセイルは軌道から外れた衛星のペイロードと統合されます。時として不安定な間、ステーションは、推進力を下げ安定を保ちます。

どの位グリーン?

既に述べたように、太陽の大規模なフレアが太陽の活動中に発生している場合、そのエネルギーは宇宙船の効率を高めるため、操作のコストダウンに繋がります。この途方もない表面積を有するソーラーセイルは、省エネルギー推進システムとして利用されることでしょう。

低コストの技術を使用して、小型衛星がスペースゴミクリーナーに変わることができます。宇宙監視ネットワーク(Spece Surveillance Network)によると、除去が必要な軌道上にある宇宙ゴミは、およそ2万台、総重量約6千トンもあります。これらは、約50年間も放置されてきました。人工衛星は、しばしば動かなくなり、宇宙ゴミとなります。このソーラーセイルは、宇宙空間を太陽動力で移動し、クリーンアップの重要な方法となるでしょう。

先駆者

ソーラーセイルの技術を実証する宇宙船の構築に向けた最初の試みは、イカロス(IKAROS:Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun)の打ち上げで、日本宇宙航空研究開発機構(JAXA)によって行われました。2010年12月、イカロスは、80800キロメートル離れた地点で金星を横切り、長期運用段階に入ることに成功しました。それは、加速度の測定、宇宙船の巨大なソーラーセイルの配置と制御、そして、ソーラー電池と帆の統合のため、可変性反射型液晶パネルを介しての姿勢制御を実証する最初の試みでした。イカロスは、今日も約2rpmで回転していて、その動きは、二つのカメラ、DCAM1とDCAM2を用いて可視化されています。

 

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