2003 年 6 月 30 日にロシア北部のプレセツク宇宙基地から打ち上げられたロケットロケットのエンジンの轟音が空気を裂いた。しかし、ロケットは 1 つの大きな衛星を軌道に運ぶ代わりに、8 つの小さな衛星を搭載していました。
当時、誰もそれに注意を払っていませんでした。結局のところ、それは旗艦の 10 億ドル規模のミッションの開始ではありませんでした。しかし、後から考えると、それこそが打ち上げを非常に重要なものにした理由であることがわかります。おそらく、私たちが宇宙を使用して探索する方法の分岐点でさえあります.
その日に軌道に打ち上げられた衛星のいくつかは、寸法がわずか 10 x 10 x 10cm の小さな CubeSat でした。 CubeSat は標準化された部品でできているため、比較的短時間で簡単に組み立てることができます。
1990 年代後半に考案されたとき、人工衛星の作り方の基本を学生に教える教育ツールと考えられていました。アイデアは、学生がキューブサットで得た知識を取り入れ、それを従来の衛星産業の大型宇宙船に適用するというものでした.
まさにそれを行った人もいれば、その経験を活かしてまったく別の課題に取り組む人もいました。それは、小型衛星を単なる教育以上の目的に使用することです。
「現在、ヨーロッパや世界中に非常に賢い人々がおり、非常に小さな体積に収まるように技術を小型化することに挑戦しています。人々はそれを「箱の中で考える」と呼んでいます」と欧州宇宙機関 (ESA) のロジャー ウォーカーは言います。
そんな思いが芽生え始めています。 CubeSat 規格は安価であり、これまで以上に多くのミッションを開発できます。また、技術が縮小し続け、新しい技術が開発されるにつれて、より多くの種類のミッションが可能になります。その中には、衛星群など、最近まで実際には想像もできなかったものもあります.
衛星の群れは、数十、数百、さらには数千もの小さな宇宙船であり、すべてが協力して、従来の宇宙船では不可能または非現実的なことを行います。このように大量の CubeSat を含む群れを想像することができます。これは、それぞれの構築が非常に安価であるためです。
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Scott Williams は SRI International のプログラム ディレクターで、CubeSats の初期の開発に携わっていました。彼は次のように考えたことを覚えています。彼らに何ができるでしょうか？宇宙で多くの測定ポイントを取得できれば、1 兆ドル規模の衛星からの単一の精巧な測定よりも、同様の、またはおそらくより優れた機能を作成できるのではないでしょうか?」
Williams は、多くのアプリケーションの答えは圧倒的にイエスであることに気付きました。しかし、たとえば 1,000 個の CubeSat の群れをどのように制御するのでしょうか?
「できないのは、地上局に 1,000 人のオペレーターを配置して、各衛星に個別にコマンドを入力することです」と彼は言います。 「経済的には拡大しません。ネットワークを 1 つのエンティティとして扱うことができなければなりません。
「1 億ドル規模のコンステレーションを運営する 1 つのオペレーターを手に入れると、実際の規模の経済が実現し、優れた経済的優位性が得られます。」実際には、キューブサットが自ら誘導できるように、ある程度の人工知能をキューブサット用に開発することを意味します。
小さな衛星、大きな可能性
イーロン・マスクのスターリンク衛星が数多く打ち上げられたため、2020年になって初めて、大衆は衛星の群れ、またはしばしば呼ばれる「メガコンステレーション」に目を向けました。 60 機のバッチで打ち上げられ、軌道に到達した直後に空を横切る明るい「列車」として見えるようになったため、人々の注目を集めました。
現在、ほぼ 800 が地球を周回しており、地球上のあらゆる場所に高速インターネットを提供するために、合計でほぼ 12,000 を必要とする計画があります。 Starlink 衛星は CubeSat ではありませんが、小型化や大量生産など、多くの同じ原則を適用してコストを抑えています。
ESA は、キューブサットを非常に有望な方法と見なしており、キューブサットを開発し、その能力を実証し、宇宙ミッションの観点からそれらが可能にする種類のものをロードマップするために、エージェンシーの専任部門を設置しました。
Walker は CubeSat システム ユニットの責任者です。 「私たちの仕事は、これらの非常に小さな衛星の新しい機能を可能にするために必要な技術開発を調整することです」と彼は言います.
多くのアプリケーションは、地球観測を中心に展開しています。たとえば、ウォーカーのユニットは、CubeSat の小さな艦隊が、道路交通や都市や小さな集落での化石燃料の燃焼によって生成される二酸化窒素の排出量を正確に測定できることに気付きました。
もう 1 つのアプリケーションは、地球の「ハイパースペクトル イメージング」です。これには、何十もの色や赤外線や紫外線などの他のスペクトル帯域で地球の画像を絶えず撮影する CubeSat の艦隊が含まれます。 「これにより、植生の変化や、地表の湿気や洪水などを追跡できるようになります」とウォーカーは言います。
別のアイデアは、地球の表面からの衛星ナビゲーション信号の迷走反射を拾い上げて、極における氷の動きと世界中の海流を測定する CubeSat の艦隊です。
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間近の小惑星
テレコミュニケーションやリモート センシングだけでなく、キューブサットでできる新しい種類の科学や探査もあります。フランス、ニースのコートダジュール天文台にある CNRS の研究ディレクターである Patrick Michel は、小惑星の偏向技術を研究する欧州委員会のプロジェクトである NEO-MAPP (Near Earth Object Modeling And Payload for Protection) の主任研究者です。小惑星が地球に衝突するのを防ぐ他の方法を研究します。
この研究における最大の不明点の 1 つは、小惑星の表面特性と組成です。小惑星の物理的および化学的特性を知らなければ、地球との衝突コースから小惑星をそらすように設計された発射体の衝撃に小惑星がどのように反応するかを正確に予測することはできません.
小惑星は非常に小さいため、地上の観測所では十分な詳細を見ることができないため、地球からこの情報を得ることができません。 「これは、キューブサットが非常に役立つ例です」とミシェルは言います。
彼の考えは単純です。 CubeSat の艦隊を宇宙に送り、それぞれが異なる近地球小惑星とランデブーするように設計されています。 CubeSat にカメラしか装備されていない場合でも、研究者はさまざまな表面を調べて分類することができます。 「ある種の小惑星にはいくつかの共通点が見られるかもしれません。次に、[それらを分類]できます。ですから、これは非常に良いアプローチだと思います」と彼は言います。
小惑星の重力によって引き起こされた各 CubeSat の無線信号の歪みを分析して、各小惑星の質量を求めることも可能です。
しかし、それだけではありません。ウィリアムズは、キューブサットの無線信号の他の歪みを分析して、宇宙の変化しやすい放射線環境をより正確に予測するというアイデアに取り組んできました。宇宙天気として知られる放射線は、太陽から放出される亜原子粒子の形で発生します。電子機器の誤動作を引き起こす可能性があり、最も深刻な場合、宇宙飛行士の健康を危険にさらす可能性があります.
ウィリアムズと同僚は、携帯電話が地上の天気予報を改善するために使用されている方法からインスピレーションを得ています。地球上の気象学者は、携帯電話ネットワークを介して送信される個々のマイクロ波信号の「ノイズ」を測定し始めました。これは、ノイズがマイクロ波が通過する大気条件によって決定されるためです。
「彼らがしなければならないことは、ノイズに関するデータを収集することだけです。突然、彼らは気象情報を入手し、それを行うことで、はるかに正確な天気予報を構築しています。宇宙でも同じことをするつもりです」とウィリアムズは言います。
次のステップ
CubeSat は非常に小さいため、建造費用が安いだけでなく、打ち上げ費用も安価であり、これが商用ロケット会社の新しい産業を牽引しています。
衛星の群れに関して言えば、限界は実際にはエンジニアと科学者の想像力と、これらの小さな宇宙船に詰め込むことができる計算能力によってのみ定義されます.
Samson Phan は、SRI International の Signals and Space Technology Laboratory のシニア リサーチ エンジニアです。スウォームを含む次世代のキューブサットを開発するのが彼の仕事であり、彼には大きなアイデアがあります。 「私にとっては、ロボット工学とマニピュレーションがすべてです」と彼は言います。
Phan のビジョンでは、CubeSat はデータの受動的な収集者ではありません。代わりに、人工知能と連携して、全体を打ち上げるには大きすぎる巨大な望遠鏡など、新しい宇宙ハードウェアを構築できる個々のロボットになります。
「アルファ ケンタウリの惑星がどのように見えるかを視覚化できるように、小型の衛星ベースのロボットの大群が 5,000 km の長さのアレイを組み立てるというビジョンを持っています」と彼は笑顔で言い、彼のビジョンが最終的な目標であることを明らかにしました。彼が現在取り組んでいるプロジェクトではなく。しかし、そのようなビジョンがイノベーションを推進するものです。
- この記事は、BBC Science Focus Magazine の第 358 号に最初に掲載されました – 購読方法はこちら
