この宇宙船は人間の髪の毛よりも細く、宇宙ゴミを捕獲することができる。

昨年、欧州宇宙機関のセンチネル1A衛星が小さな破片と衝突した。幸いにも、太陽電池パネルの損傷は軽微だった。しかし、それは幸運だった。宇宙ゴミがもう少し大きかったら、パネル全体が粉々になっていたかもしれないと、この春に開催された第7回欧州宇宙デブリ会議でこの事故について講演した欧州宇宙機関の宇宙デブリ事務局長ホルガー・クラグ氏は語る。

地球の軌道には、ボルト、ペンキの破片、故障した衛星、過去のミッションの残骸などが散乱している。50万個以上の宇宙ゴミが、時速17,500マイルのスピードで地球の周りを飛び回っている。宇宙ゴミは蓄積しており、衝突が頻繁に起こり、さらに多くのゴミが発生することを科学者は懸念している。これがドミノ効果を引き起こし、破片が他の物体に衝突し、ますます多くの発射体が地球低軌道を乱雑にする可能性がある。

「もしそれが実現すれば、宇宙は実質的に使用不可能になるだろう。そして、私たちはそれにかなり近づいている」とNASAの革新的先進概念（NIAC）プログラムのプログラム責任者、ジェイソン・ダーレス氏は言う。

研究者の中には、問題が必然的に大きくなる前に、今すぐ行動を起こしたいと考えている人もいる。今年の春、NIAC はカリフォルニア州エルセグンドにある The Aerospace Corporation の研究者に 50 万ドルを授与し、宇宙ゴミの小片を掃除するための、宇宙掃除機のような変わった形の宇宙船の開発を継続させた。ブレーン クラフトと呼ばれるこの小さな宇宙船は、幅が約 1 ヤードで、人間の髪の毛よりも細い。各宇宙船はゴミの塊を巻き付けて大気圏に引きずり込み、そこでゴミは熱せられ、最終的には地表から約 155 マイルの高度で焼却される。

「基本的には、スラスターで覆われた1枚の巨大なサランラップと考えれば、好きなようにカールさせることができます」とダーレス氏は言います。

開発者たちは、ブレーン クラフトはどれも非常に軽量で燃費が良いことを期待している。つまり、宇宙ゴミの除去以外にもさまざまな用途に使える可能性があるということだ。いつの日か、これらの小型船が小惑星や衛星、その他の惑星を訪問することになるかもしれない。

徘徊中

ブレーン クラフトを開発するために、開発者は従来の宇宙船の枠を超えた発想をしなければならなかった。従来の宇宙船は宇宙ゴミの追跡にはあまり適していないからだ。「あれほどの速度で飛んでいるものを捕まえるのは、本当に本当に難しい」とダーレス氏は言う。「ゴミとドッキングするには、その軌道に正確に合わせる必要がある」

文字通り弾丸よりも速く飛んでいるゴミと合流し、それを処分し、次のゴミを探し出すには、膨大な量の燃料が必要となり、非常にコストがかかります。

「ブレーン クラフトのアイデアは、宇宙船を最小質量まで軽量化することです」と、エアロスペース コーポレーションの上級科学者、ジークフリート ジャンソン氏は言う。現在、キューブサット (重さ約 11 ポンド) という小型衛星を打ち上げるには、約 25 万ドルの費用がかかるとジャンソン氏は言う。彼の目標は、打ち上げコストが 1 機あたりわずか 5,000 ドルになるほど軽量な宇宙船を作ることだ。

現在の設計は、大きさ 3 平方フィート、重さはバナナ 1 本分以下の膜状の宇宙船です。各宇宙船は、太陽電池と電子部品の薄いフィルムが印刷された厚さ 10 ミクロン (人間の髪の毛の厚さは最大 180 ミクロン) の柔軟なプラスチック シートで作られます。液体推進剤は、これらのシート間の 15 ～ 20 ミクロンの隙間に保管されます。

太陽電池は、推進剤をほとんど使わないエレクトロスプレースラスターと呼ばれるタイプのエンジンに電力を供給するとジャンソン氏は言う。船体全体も曲がる。「基本的に、薄い筋肉が構造に組み込まれている」とジャンソン氏は言う。この「筋肉」は、2枚の金属板に挟まれたポリマーでできており、電流が流れると電圧差が生じて形状を変えることができる。

これらの細長い宇宙船は、大量に宇宙へ旅できるほど軽量である。ジャンソン氏は、50 機以上のブレーン クラフトを「ピザの山のように」まとめて軌道上に打ち上げることを想定している。国際宇宙ステーションまたは低軌道上の別の地点に到着すると、各ブレーン クラフトに、目標のデブリへの道順が伝えられる (レーダー ステーションは軌道上にある 18,000 個以上の物体を追跡しており、そのほとんどは宇宙デブリである)。

ブレーン クラフトが破片に接近して包み込むまでには 5 日かかる可能性があります。次にブレーン クラフトはスラスターを噴射して破片が移動している方向とは反対方向に押し出します。これにより物体の速度が遅くなり、徐々に大気圏に沈んでいきます。約 10 日後には破片は燃え尽きるほど低い高度になります。

通常、ブレーン クラフトは採石場とともに焼却されます。この宇宙船は、ミッションの終了時に犠牲にできるほど軽量かつ安価になるように設計されています。

ブレーン クラフトが地球を周回する宇宙ゴミの群れに打ち上げられるまでには、まだかなりの時間がかかる。ジャンソン氏は、この宇宙船の打ち上げ準備が整うのは 10 年ほど先になるだろうと見積もっている。同氏とチームは、NASA から最近獲得した資金を使って、設計を改良し、超薄型電子機器のテストを開始する予定だ。

彼らがまだ克服しなければならない課題の 1 つは、宇宙船を放射線から守る方法だ。極薄の宇宙船には、繊細な電子機器を放射線から守るシールドがない。ジャンソン氏と彼のチームは、低地球軌道の外縁近くで 1 か月間耐えられるカーボンナノチューブ回路を設計している。

また、宇宙船を非常に薄く作ることには欠点もある。ブレーン クラフトが破片に近づくと、他の小さな破片にぶつかる可能性が高い。「低地球軌道の微小隕石環境は、通常、宇宙船にとって厄介な問題です。太陽電池や窓に小さな傷がつくのです」とジャンソン氏は言う。ロケットに傷をつけることさえできないほど小さな岩や人工ゴミでも、ブレーン クラフトに穴が開く可能性がある。「私たちは、ブレーン クラフトを、このような非常に小さな弾丸に対して防弾になるように設計しなければなりません」。

外向き

まず、ジャンソン氏と乗組員は、大きさが 5 ～ 10 センチメートル (約 2 ～ 4 インチ) 程度の小さな宇宙ゴミをブレーン クラフトで除去することを計画している。使用済みの上段ロケットのようなかさばる宇宙ゴミを宇宙船で除去することはできないが、衝突が差し迫っていると科学者が予測した場合、ブレーン クラフトのグループを送り込んでこのゴミを軌道から外すことができる。

ブレインクラフトのような超薄型宇宙船は、宇宙ゴミを捕獲するために開発中の唯一の技術ではない。欧州宇宙機関もロボットアームグリッパー、網、銛、テザーを検討している。別の欧州チームは、2017年後半または2018年初めにRemoveDebrisミッションの打ち上げを計画しており、網と銛でキューブサットを捕獲する練習を行う。シンガポールに拠点を置く衛星サービス会社エアロスケールは、磁石を使ってゴミを捕獲する計画を立てている。また、スタンフォード大学とカリフォルニア州パサデナにあるNASAジェット推進研究所の研究者は、ヤモリの足にヒントを得て、衛星やその他の大型ゴミに引っ掛けられるグリッパーを設計した。

研究者たちは、地上のレーザーで破片を撃ち落とすことも検討している。「地平線を越​​えてくる破片に、非常に強力なレーザーを向けることで、その速度を遅くすることができます」とダーレス氏は言う。宇宙船を打ち上げて破片を一つずつ追いかけるよりも、エネルギーの消費ははるかに少ない。しかし、このようなレーザーは、対衛星兵器に転用される可能性がある。

これらすべてのアプローチは、その実力を証明する必要がある。しかし、ブレーン クラフトの設計の利点の 1 つは、地球の軌道をはるかに超えて運用できる可能性があることだ。ブレーン クラフトは燃料効率が非常に高いため、この小型船 1 隻で火星まで往復したり、月と低地球軌道の間を複数回往復したりできる。「太陽系のほぼどこにでも行くことができます」とジャンソン氏は言う。

ブレーン クラフトは小惑星の探査や採掘にも使えるだろう、と彼は言う。従来の宇宙船を何千機も建造し、それを個々の小惑星に送り込むのは途方もなく費用がかかる。しかし、おそらくブレーン クラフトの群れが火星と木星の間の小惑星帯を訪れ、サンプルを運んで戻ってくることはできるだろう。

最終的には、これらの小型宇宙船が地球を守ることにも役立つかもしれないとジャンソン氏は言う。より大きなバージョンを製造したり、何千ものブレーンクラフトを大量生産して、飛来する小惑星を逸らすために送り出すこともできるだろう。

「これは誰も見たことのない新しいタイプの宇宙船です。人々が本当に創造力を発揮してくれることを願っています」とダーレス氏は言う。