銛、磁石、イオンブラストが宇宙ゴミの除去にどのように役立つか

2021年11月、国際宇宙ステーションの乗組員は、予告なしのロシア軍事演習中に爆破された退役した衛星の金属片に襲われ、一時的に封鎖された。NASAによると、国防総省は現在、同様の軌道上のデブリ、いわゆる宇宙ゴミを27,000個以上追跡している。しかし、他の多くのゴミは追跡するには小さすぎる。時速17,500マイルのスピードで猛スピードで飛行し、大気の摩擦で燃え尽きることもないため、ロケットの塗料のごく小さな破片でさえ、宇宙飛行士や飛行機に破滅をもたらす可能性がある。事故はまれだが、商業宇宙交通の増加（2021年だけで54回の打ち上げ、これまでの記録は2018年の33回）により、こうした潜在的な衝突のリスクは飛躍的に高まっている。

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「ゴミの量はどんどん増えています」と、ジョージア工科大学で国際宇宙政策と安全保障を専門とするマリエル・ボロウィッツ准教授は言う。しかし、最後の未開地を片付けるのは言うほど簡単ではない。ボロウィッツ准教授は、費用のほかに、誰が清掃できるかという問題が依然として曖昧だと話す。NASA が衛星を軌道に乗せれば、「たとえ粉々に砕け散ったとしても、それは米国の所有物です」とボロウィッツ准教授は説明する。同じことは、どの企業や政府にも当てはまる。他人のゴミを片付けたいと思っても、それをする権利はない、とボロウィッツ准教授は言う。

幸いなことに、多くの国や企業が、磁気トラップを設置する日本の衛星や、フレッドという名の4本腕のプラズマロボットなど、ゴミの処理方法をテストすることで、この泥沼に対処しています。ここでは、天空の監視と除去に関する人類の最も有望なプロジェクトを6つ紹介します。

ゴミを取り除く

出身地:イギリス
費用: 1,800万ドル
展開: 2018
MO:ハープーンハンター

重さ約220ポンドのこの標的を狙う衛星は、毎秒65フィートで発射する銛と幅16フィートの網を組み合わせて宇宙ゴミを捕らえ、地球の大気圏に引き戻す。2台のカメラがこの過程を記録し、地上の職員が落下するゴミの軌道を評価できるようにする。

しかし、名前に惑わされないでください。RemoveDebris はまだゴミを除去していません。2018 年に打ち上げられたこのシステムは、現在国際宇宙ステーションの外でテストされています。自動運転車に似た LiDAR と 3D ビジョン技術を備えた検出システムを使用して、実験ターゲット (CubeSat と呼ばれる小型衛星など) を捕捉する練習をしています。まだ準備が整っていないにもかかわらず、すでに複数の協力者 (SpaceX や Airbus を含む) がおり、ゴミを無から引きずり出すための最も明るい希望の 1 つです。

SPMN

出身地:スペイン
費用:年間 22,350 ドル
配備: 1996年
MO:スパイネットワーク

火球ネットワークは、上空を飛ぶ隕石を追跡するために戦略的に配置されたカメラで構成されており、チェコ共和国からオーストラリアまで世界中に存在します。スペインの隕石と火球ネットワーク（SPMN）は、もともと他のネットワークとともに宇宙の岩石を研究するために1990年代に設立されました。しかし、2021年に、同ネットワークは新たなものを発見しました。それは、海岸沿いで燃え上がるSpaceXロケットの破片です。これにより、有機物や人工物が陸地に近づく際の軌道を追跡するためにこのツールを使用できることがさらに証明されました。

SPMN は現在、イベリア半島の田園地帯に設置された 34 の地上局と 150 台の高解像度カメラで構成されており、再突入や隕石落下を地元当局に警告することができます。さらに広い意味では、このプロジェクトの目的は、長年にわたる宇宙活動の増加によって生じる、まれではあるが現実に存在する地上の危険を人々に理解してもらうことです。

ソーラーキューブサット

出身地:米国
費用: 875,000ドル
展開予定: 2025年 (予定)
MO:ソーラーサーファー

長期的な解決策となると、小さく考えることが最善の場合もあります。幅 4 インチの超小型衛星であるキューブサットは、2003 年以来、宇宙研究に使用されています。現在、フロリダ州のエンブリー・リドル航空大学の学生エンジニアが、ゴミ処理に特化したキューブサットをモデル化しました。

ソーラー キューブサットのプロトタイプは、小型のロボット アームを使い、最大約 4 インチ離れたところにある浮遊物体に手を伸ばして捕獲します。他の多くのクリーナー候補とは異なり、この小型衛星は燃料切れでゴミになることはありません。太陽光のエネルギーを捕らえる展開可能な帆を搭載しているため、ハードウェアが耐えられる限り、低地球軌道を軽快に飛び続けることができます。

エンブリー・リドル研究チームによれば、このプロトタイプは既成の技術を使用するように設計されており、4～5年で完全に機能するモデルが完成する可能性があるという。

エルサd

原産地:日本
費用:最大1億9100万ドル
展開: 2021
MO:メガマグネット

このリストにある他の高高度飛行機械とは異なり、アストロスケール社の End-of-Life Services (ELSA-d) は、すでに軌道上にあるゴミを清掃するわけではありません。その代わりに、メーカーは将来の衛星エンジニアが磁気ドッキング プレートを設計に組み込むことを期待しており、その時が来たら ELSAd の支援に対して料金を支払います。

この死の天使は、重量385ポンドの翼のある「チェイサー」の形をしており、光学センサー機器と一連の小さな磁石を使用してターゲットを探し、捕らえ、再配置します。2021年に300マイル以上の上空で行われたデモでは、ELSA-dはカスタムハードウェアを使用してミニ衛星を捕らえて放出することに成功しました。次のテストでは、回転しながら適合する物体を捕らえ、逃走中のゴミがないか周囲をスキャンし、金属の塊を地球の大気圏に引き寄せてゆっくりと崩壊させます。

オーボット・フレッド

出身地:米国
費用:非公開
展開予定: 2025年 (予定)
MO:クローマシン

技術系スタートアップ企業 Rogue Space Systems は、風変わりな名前「Orbot Fred」を冠した幅 56 フィートのプラズマ動力車両を開発中だ。翼のような 2 つのソーラーパネルを備えたこの車両は、精密さを重視して作られており、4 本のロボットアームが最大 700 ポンドのゴミをつかんで他の衛星の軌道から遠ざけ、地球の高高度で燃やす。

同社は、今後3年以内にオーボットの艦隊をオンラインにするために、民間および公的資金を活用したいと考えている。その資金源の1つは、浮遊するゴミ、飛行中の整備や組み立てなどに対する解決策の一部をアウトソーシングすることを検討している米国宇宙軍のイノベーション部門であるSpaceWERXである可能性がある。2021年に、同省はオービタル・プライムと呼ばれる助成金プログラムを立ち上げ、最終的にはフレッドの開発者のような選ばれた競争相手に150万ドルの契約を授与する予定だ。

スイーパー

出身地:ロシア
費用: 20億ドル
展開予定: 2023年 (予定)
MO:スタンガン

スイーパーは、イオン推進スラスタを使用して機能停止した衛星を不安定にし、他の発射体の進路から押し出すことで、他の多くの軌道上のゴミ除去コンセプトと同様に、破片を大気圏に押し込み、炎の結末を迎えることを目指している。

スイーパーは、宇宙空間での衝突防止を目的とした最も古いミッションの一つで、当初の計画は2010年に遡る。開発元のロシアのロケット会社エネルギアは、このプロジェクトの最新情報を一切公開していないため、詳細はすべて疑問符付きだ。エネルギアは、2023年までにこのロケットを組み立て、テストする予定だ。原子力で動くかもしれないこのポッドは、15年の寿命の間に、少なくとも600個の故障した送信機を回収し、破壊する能力がある。最終的に軌道上のゴミになるのか、それとも別のスイーパーで地球に持ち帰る必要があるのか​​は不明だ。

この記事はもともと、PopSci 2022年春のMessy号に掲載されたものです。PopSci+のその他の記事を読む。