使い捨てのネットワーク衛星が宇宙を民主化する方法

1999 年、スタンフォード大学のロバート ツイッグス教授とカリフォルニア工科州立大学のジョルディ プイグ スアリ教授は、衛星ビジネスの標準化に着手しました。彼らは、ビーニー ベイビーのプラスチック製ディスプレイ ボックスを参考に、太陽電池を載せられる幅の小さな軌道ユニット (小さな金属製の脚が付いた 4 インチの立方体) を設計しました。彼らの「キューブサット」には、コンピューターのマザーボードと、気象の監視や地球の写真撮影など、宇宙で限られた実験を行うために必要なその他の部品を載せるのに十分なスペースがありました。この設計により、学生が宇宙で実験を行うコストが大幅に削減されました。キューブサットは同時に打ち上げることができ、より大規模で費用のかかるミッションに便乗して、衛星を軌道に乗せる費用を軽減できます。

設計が完成すると、プイグ＝スアリは定期的に衛星を打ち上げる米国の3つの機関、国家偵察局、国防総省の宇宙試験プログラム、NASAと協力し、できるだけ多くの打ち上げにCubeSat対応のバースを組み込むよう説得し始めた。一方、カリフォルニア工科大学の航空宇宙工学部はNASAの標準情報センターのような存在となり、打ち上げ中に箱が揺れてロケットに破片が飛び散らないように各学術衛星をテストしている。カリフォルニア工科大学とスタンフォード大学はフォーラムを運営し、すべての標準をCubeSat.orgに掲載している。

予定されている打ち上げがこれほど多いため、工学部の学生は、1年生のうちにキューブサットを設計し、卒業前にそれが宇宙に到達するのを見ることができる。ツイッグスとプイグ＝スアリの努力は実を結びつつある。2001年以来、約50機のキューブサットが宇宙に飛び立った。2人は2003年に最初のキューブサットを打ち上げ、ロシアのドニエプル川の打ち上げにそれを積むために10万ドルの助成金を費やした。2009年12月にスペースXのファルコン9ロケットが打ち上げられたとき、6機のキューブサットが搭載されていた。ポリピコ衛星軌道展開装置（P-POD）と呼ばれるスプリング式のジャック・イン・ザ・ボックス・コンテナの中に一度に3機ずつ詰め込まれていた。ペイロードが展開されると、P-PODのドアが開き、スプリングの力で3機の衛星が軌道上に押し上げられ、太陽電池パネルが展開されて、下の作成者に情報が送信され始めた。今年は、11 基を搭載できる NROL-36 を含め、CubeSat を搭載できるスペースを備えたロケットが少なくとも 3 基打ち上げられる予定です。

予定されている打ち上げ回数が非常に多いため、キューブサットを製作している約 100 校のうちの 1 校の工学部の学生は、1 年生の間にキューブサットを設計し、卒業前に宇宙に打ち上げるのを見ることができる。昨年、カリフォルニア工科大学の大学院生であるローランド・コエーリョがキューブサットの飛行前調査に記入していたとき、カリフォルニア州のヴァンデンバーグ空軍基地の射場安全担当官が困惑しながら彼に近づいた。「軍の護衛が必要かどうか尋ねています」と担当官は言った。「必要ありませんか?」

「ああ、その通りだ」とコエーリョは答えた。「車のトランクに収まるよ」

現在軌道上にある多くの学術用キューブサットは、その位置、バッテリー残量、調査結果を地球上のアマチュア無線家に報告し、アマチュア無線家はその情報を発信元の学校に転送している。しかし、プロジェクトはより野心的になりつつある。空軍は、ネットワーク化された 2 つのキューブサットを使用して地球の大気を監視し、宇宙天気を世界で初めてリアルタイムで観察する計画を立てている。バーモント工科大学のカール ブランドンは、イオン駆動キューブサット システムを開発しており、これは月まで自力で移動できるとしている。

昨年までボーイングで小規模な衛星開発チームを率いていたプイグ・スアリ氏とチャールズ・スコット・マクギリブレイ氏は、現在、民間顧客や米国政府向けに契約ベースでキューブサットを製造しているタイバック社という会社をスピンオフさせた。スタンフォード大学工学部教授アンドリュー・カルマン氏のパンプキン社が主導する標準化部品の市場も出現し、同社は100以上の大学、政府、非営利団体にキューブサットのキットを販売している。カルマン氏は、人々がキューブサットを使い捨てと考え、既成の部品から作り、一度に100個打ち上げるようになれば、このデバイスは真に成熟したと言えるだろうと語る。「アンドロイド携帯で作った衛星群を打ち上げれば、宇宙に何を打ち上げるかアプリ開発者が思い描くことができるようになる」と同氏は語る。

今日のキューブサットは、わずか 10 万ドルで製造でき、ファルコン 9 のようなロケットのバースを購入すると約 25 万ドルかかります。航空宇宙業界では、これは小銭程度の金額です。低コストのため、キューブサットを失っても許容できます。昨年 3 月、NASA のグローリー衛星と 3 つのキューブサットを積んだロケットが海に墜落しました。「がっかりしました」と、打ち上げ失敗を見守ったコエーリョは言います。「しかし、NASA の人たちは 4 億ドルの衛星を失ったのです。」失われたキューブサットの 1 つは、実は複製でした。10 月には、その双子が宇宙に飛び立ちました。

宇宙に向けてキューブサットを準備する方法

キューブサットの打ち上げ前ガイドラインでは、物体の大きさは10×10×11センチ（余分なセンチは小さな金属の足の分）で、重さは1.3キログラム以下と定められている。衛星は、バネ仕掛けの打ち上げコンテナから出るまで、完全に非アクティブ（いかなる電源も供給しない）にしておく必要がある。誤った信号が、主要ペイロードの電子機器やロケットの誘導システムを混乱させる可能性があるからだ。また、チームは地球を離れてから5年以内に、軌道から外す（衛星を傾けて大気圏で分解させる）ための詳細な計画を提出しなければならない。さもないと、打ち上げ前に衛星が破壊される危険がある。