2 つの史上最大の宇宙プロジェクトが、この夏、発見の旅を始めました。 7 月、ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡が最初の画像を地球に送り返しました。その後、8 月末には、スペース ローンチ システム ロケットとオリオン モジュールが、アルテミス プログラムの初の無人試験飛行の準備が整いました。
しかし、これらの画期的なミッションが最初の一歩を踏み出すとき、その後継者はすでに並んでいます。過去 10 年間、NASA の革新的先進概念 (NIAC) プログラムは、発明者が新しい技術を活用し、宇宙船がどうあるべきかという従来の考えから脱却することを奨励する新しい宇宙技術の研究に資金を提供してきました。
同時に、ますます多くの新しい宇宙開発国や民間企業が新しいアイデアに挑戦しています。革新的なものからまったく奇抜なものまで、さまざまな結果が得られたので、ここでは明日の宇宙船がどのように見えるかを見ていきます.
宇宙飛行の新しい時代が到来しています。ここでは、これまで見たことのない太陽系の一部に私たちを連れて行く次世代の宇宙船を探ります。
空を探す
カバーしたい場合多くの地面、最良の方法は空に行くことです
2021 年 4 月 19 日、Ingenuity Mars Helicopter Scout は、別の惑星の表面で制御された動力飛行を行った最初の宇宙船になりました。ドローンのような回転翼航空機は、NASA の最も先進的なローバーである Perseverance に乗り込みました。Perseverance は、重いロボット アーム、機器、および土壌サンプルを焼いて分析できる電力を大量に消費するオーブンで武装しています。逆に、質量が 1.8kg しかない Ingenuity は、2 台のカメラしか搭載できません。
インストルメンテーションに欠けていたものを、Ingenuity が範囲内で補いました。 Perseverance は岩が散らばるフィールドの外を何週間も周回しなければなりませんでしたが、Ingenuity は数分でその上空を飛行し、前方の道を偵察することができました。このような可能性の証明により、Ingenuity はそのような飛行の最初のものであったかもしれませんが、それが最後ではないことに疑いの余地はありません.
Ingenuity が打ち上げられる前から、NASA は 2027 年にその後継機であるドラゴンフライを土星の衛星タイタンに送る計画を立てていました。私たちの惑星のように、地球のような圧力で窒素が豊富な大気があり、地形は山と液体の湖で形作られています.ただマイナス180℃です。山は岩ではなく氷であり、湖は水ではなく、液体のメタンとエタンで満たされています。このような炭化水素は、地球上の生命の構成要素を形成したと考えられています。彼らはタイタンでもそうできたでしょうか?
土星について詳しく読む:
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これらの質問に答えるチャンスを得るために、トンボは火星の前任者よりもはるかに優れた科学力を持っています。タイタンの厚い大気と 1.4m/s2 の低重力と組み合わされた 8 つのローターの揚力の増加により、ドラゴンフライは 450kg の質量を持つことができることを意味します。
Dragonfly には、大気と土壌の両方を分析するための分光計、気象センサー、および非常に重要なカメラが搭載されます。これらは、わずか 2.7 年で、タイタンの表面を 175 km 以上 (火星のすべてのローバーを合わせた距離の 2 倍) 以上飛行する際に、宇宙船がナビゲートするのに役立ちます。彼らが送り返す画像は、これまでに撮影された月面の最高のものであり、タイタンの丘や湖に隠れているものを最終的に明らかにするでしょう.
荒天でのクルージング
インフレータブルマンタは金星の酸性雲をスカルすることができます
2020 年、カーディフ大学が率いるグループは、金星でホスフィンが発見される可能性があると発表しました。ここ地球では、酸を好むバクテリアがガスを放出しているので、同様の微生物が金星の硫黄の雲に住んでいる可能性はありますか?残念ながら、一連の追跡観測により、ホスフィンが実際に存在するかどうかについて疑問が投げかけられましたが、金星が人々の惑星のウィッシュリストのトップに戻ったことは否定できません.
金星の雲は高度 50 ～ 70 km 付近にあります。金星の表面圧力は地球の 92 倍ですが、高度 50 km では約 1 気圧です。これは地球の海面と同じ圧力です。つまり、ヘリウムで満たされた気球は、科学機器のペイロードを空中で簡単に運ぶことができます。実際、1985 年にソビエト連邦はベガ 1 号機と 2 号機を惑星の夜側に落としたときにまさにそれを行いました。 2 日間、荒れ狂う空に放り投げられた後、時速 250 km の風がそれらを日中に吹き飛ばし、太陽の熱で破裂しました。
金星の詳細:
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それ以来、エンジニアは金星の嵐の空をよりうまくナビゲートする方法を探してきました。回転翼航空機は引き裂かれますが、ニューヨーク州バッファローの大学の航空宇宙構造およびハイブリッド (CRASH) ラボの衝突耐性からの新しい概念は、解決策を提供する可能性があります。 2022 年、研究所は NIAC から資金提供を受け、オニイトマキエイに着想を得た膨張式宇宙船である極限環境およびゾーン探査 (BREEZE) 用の Bioinspired Ray を開発しました。
このプロジェクトに携わった Javid Bayandor 博士は次のように述べています。 .これにより、航空機の翼が穏やかにねじれ、エイが海流に乗るように気流に沿って操縦できるようになります。
「バイオインスパイアされた推進力は、軽い BREEZE フライヤーに独特の制御性をもたらします。 [これは]飛行経路が純粋に風向によって決定される気球の概念や、大きな燃料消費率を伴う従来の推進力とは異なります」とバヤンドールは言います。 「BREEZE は、金星を大気圏から一周して生き残り、惑星の暗黒面で測定を行うために提供された最初のコンセプトの 1 つです。」
4 ～ 6 日に 1 回地球を 1 周することで、気象パターンを追跡し、レーダーを使用して地表の地図を作成し、おそらくバイオマーカー (とらえどころのないホスフィンを含む) を嗅ぎ出すことさえできるでしょう。空気で膨らませることができるので非常にコンパクトなので、同じ乗り物から一度に 2 つか 3 つが発射できます。つまり、いつか BREEZE の飛行隊が金星の風に沿って浮かぶ可能性があります。
深く、暗い深みで
エウロパの地殻を突き破って、その隠された海を探索
木星の衛星エウロパは、その氷の地殻の下に秘密を隠しています – 液体の水の海です。この静かな月の最深部を泳いでいる異星人の生命体が存在する可能性はありますか?エウロパには、ESA のジュピター アイシー ムーン エクスプローラー (JUICE) と NASA のエウロパ クリッパーの 2 つの探査機が予定されています。どちらも 2030 年代に到着したときに月を軌道から調べる予定ですが、本当の望みは、いつの日か地表に着陸し、その下の海を探索することです。
しかし、最初のステップは、数百メートルから数十キロメートルの氷を通り抜けることです。あるコンセプトでは、巨大な針のような形をした加熱プローブを使用して氷を溶かします。テネシー大学の微生物学者 Jill Mikucki 博士は、氷河内の微生物を発見した経験を生かして、別の世界でこれがどれほど実現可能かをテストしています。
「氷の月を掘削するときは、多くの課題があります」と Mikucki 氏は言います。 「氷は地球よりもずっと冷たいのに、どうやって十分な電力を供給するの？地球上で最も冷たい氷上でメルト プローブをテストすると、科学者やエンジニアがパラメーターをより適切に概念化するのに役立ちます。南極や地球上の他の氷の場所での私の経験から、氷の穴で盲目的に飛行していると、多くのことがうまくいかない可能性があります!」
木星の詳細:
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クライオボットとして知られる地球外のアイス ダイビング ロボットのコンセプトのほとんどは、放射性物質の熱を利用して氷を溶かします。ドリルやレーザーを使って氷を切り裂くことを提案する人もいます。しかし、これらのほとんどは、氷に着いたら何をすべきかではなく、氷を通り抜けることに焦点を当てています.
NIAC の Sensing With Independent Micro-swimmers (SWIM) プロジェクトはそうではありません。 SWIM はクライオボットに乗って密航し、長さ 10 cm の自由に泳ぐロボットの群れを展開して海を航行します。
SWIM チームのメンバーであるジョージア工科大学の Azadeh Ansari 博士は次のように述べています。 「1 台または数台のロボットが失敗しても、ミッションは完了できます。」
エウロパは木星の強力な磁場の中にあるため、ボットは電磁電流を生成することで必要なすべての電力を回収し、母船から離れて寿命を延ばすことができます。 SWIM の研究者は、水の温度、圧力、pH、および塩分濃度の測定に関心を持っていますが、生命の兆候を示す可能性のある大きな分子を検出する化学重量センサーも追加したいと考えています。
現在、SWIM チームは 3D プリントされたプロトタイプを使用して、ロボットの操縦、推進、通信、感知システムをテストしていますが、ある日、同様のロボ宇宙魚の群れが泳いでいる可能性があります。エウロパの海を通って。
影の中へ
他の惑星の生命は地下で見つかる可能性が高い、放射線からの避難所があるところ
これまで、月と火星の両方の着陸船は、太陽電池パネルに十分な日光が当たる赤道付近に滞在していました。しかし今、私たちの最も近い隣人の暗い影に注意が向けられています。月の南極にはクレーターがあり、太陽が底に到達することはなく、水の氷が生き残る可能性がありますが、火星の洞窟システムは、微生物が有害な放射線から保護される可能性があります.これらのクレーターと洞窟は、いつの日か恒久的な人類基地の基盤となるかもしれません.
これまでに月と火星を横断したローバーは洞窟の険しい地形には不向きであるため、これらの新しい地形を探索するには新しいタイプの乗り物が必要です。脚を備えたロボットは、宇宙時代の初期から提案されてきましたが、技術的に実現可能になったのは最近のことです。実際、最初の月の「スカットラー」ロボットである、英国に本拠を置く会社 Spacebit のクモのような朝雲は、来年中に月面に最初の一歩を踏み出す予定です。
一方、NASA のジェット推進研究所の BRAILLE チーム (低照度環境における生物および資源のアナログ調査) は、ロボット探検家が必要とするツールを開発しています。ボットは自律的である必要があります。通信が失われる可能性があるためです。地球と火星の間の数分間のタイムラグは言うまでもなく、人間が直接制御することは不可能です。チームは、ロボットが環境を探索し、人間の監視を必要とせずに予期しないシナリオに適応できるようにする NeBula 自律ソフトウェアを使用しています。
火星の詳細:
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BRAILLE は、ボストン ダイナミクス SPOT ロボットのパックでソフトウェアを使用して、カリフォルニア州の溶岩層国定公園でのミッションをシミュレートしました。最初のロボットは LiDAR で武装し、複雑なトンネルをマッピングして興味深いターゲットを特定しました。 2 番目の探検家がこれらを詳しく調べ、壁からサンプルを拭き取りました。 3 番目の SPOT は、ターゲットの化学組成をリモートで分析しました。テスト中、トリオは、従来のローバーを軌道に乗せて停止させるであろう粗い表面を登り、人間でさえ苦労する可能性のある狭い通路をナビゲートしました.
しかし、これらの機敏な探検家でさえ、より深いクレバスに行き詰まる可能性があります。ここで、NIAC プロジェクトの ReachBot が役に立ちます。このロボットは、先端にマニピュレーターが付いた伸縮可能なブーム アームを使用して、狭い通路を上下に動かします。
それらのコンパクトな設計は、いくつかを一緒に輸送できることを意味し、互いに助け合い、互いに押し合って力を得ることができます。これらは狭い洞窟に派遣され、通常は手の届かないサンプルとともに戻ってくる可能性があります。 Spacebit や BRAILLE の子孫の背中に半ダースほど背負って、太陽系の岩場の隅々まで探索するのは簡単でしょう。
太陽系への拡大
km サイズの建造物をメートル幅のロケットは簡単なことではありません
1972 年 12 月、アポロ 17 号が月面に着陸しました。これは、人類が地球低軌道の境界を越えた最後の機会となりました。少なくとも、今のところ。 8 月、アルテミスは、将来の月面着陸に先立ち、最初の無人試験打ち上げの準備をしていました。今後 10 年間で、NASA はグローバル パートナーのチームを率いて、月面、さらには火星への中継基地として機能する宇宙ステーションであるルナ ゲートウェイを構築します。ゲートウェイは、ISS やそれ以前の中国の天宮宇宙ステーションと同様に、ロケットに収まるものから一つ一つ組み立てられています。
しかし、惑星間飛行にはもっと大きな船が必要です。宇宙を長期旅行する際の重力の欠如は、筋肉の萎縮、心臓の問題、骨の損失、視力の低下、免疫抑制を引き起こします。解決策は、重力をシミュレートするために回転する宇宙船を構築することです (2001:A Space Odyssey を考えてみてください)。 ).
問題は、宇宙飛行士を病気にさせずに回転させるには、長さ 1 km にも及ぶ腕を持つ宇宙船が必要なことです。それを構築するには、費用がかかり、トリッキーな従来のローンチを何十回も行う必要があります。しかし、カーネギー メロン大学のザック マンチェスター博士による NIAC のコンセプトは、1 回の打ち上げで実現する可能性があります。
宇宙旅行の詳細:
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「私たちの目標は、単一のロケット フェアリングの内部に収まる構造を作ることです。これは、直径がわずか数メートルに制限されますが、軌道上で長さ 1 キロメートルまで拡張できます」と、彼は言います。マンチェスター。 「宇宙で機能する必要があるだけの構造は、それらに作用する力が非常に弱いため、非常に硬くて強い必要がないことがわかりました。私たちの場合、私たちが設計している大きな構造物は折りたたまれた状態で打ち上げられるので、折りたたんだ状態で大きな力に耐えるだけで済みます。」
彼は、相互接続されたはさみリンケージのセットから作られた構造を調査して、元のサイズの 150 倍まで拡張する複雑な形状の構造を作成しています。このような構造には、何千もの可動部品が必要です。これは、何かが動かなくなった場合に整備士を派遣することができないため、通常、宇宙船では無謀と見なされます。
「これはプロジェクトで最も困難な課題の 1 つであり、展開中のメカニズムのジャミングについて非常に心配しています」とマンチェスター氏は言います。このプロジェクトでの彼の現在の作業の重要な部分の 1 つは、製造エラーによるリスクを最小限に抑えるために設計を完成させることです。 「ジャミングのリスクを軽減するために、コンプライアンス [剛性の反対] を構造に戦略的に組み込む方法を考えています。」
ジャック・イン・ザ・ボックスの宇宙船がまもなく地球低軌道を横切り、他の惑星への航海の準備が整う可能性があります。
- この記事は、BBC Science Focus – の第 382 号に最初に掲載されました 購読方法はこちら
