巨大な電波望遠鏡は近い将来、惑星防衛の強力なツールとなるかもしれない

「Overmatched」では、防衛産業の中心である兵士とスパイの世界の科学技術を詳しく見ていきます。

ウェストバージニア州の山岳地帯にある高台にある渓谷には、世界最大級の電波望遠鏡がある。それは、グリーンバンク望遠鏡と呼ばれる白いパネルの巨大な望遠鏡で、そのアンテナはフットボール競技場よりも大きく、その最上部はワシントン記念塔とほぼ同じ高さにある。この望遠鏡は通常、ブラックホール、パルサー、超新星残骸、宇宙ガスなどの宇宙現象からの電波放射を収集する。その作業中、望遠鏡はこれらの放射を受動的に受信する。しかし、この望遠鏡は、より能動的な新しいツール、レーダー送信機の使用を経験した。

防衛関連企業レイセオン社のおかげで、この望遠鏡は自ら電波を発射し、大きなアンテナを使って電波を誘導し、宇宙の物体に反射させる訓練を積んできた。反射された信号は、さらに多くの電波望遠鏡によって収集された。これらの電波望遠鏡は、超長基線アレイと呼ばれる機器群の一部で、地球全体に広がるアンテナである。これらのレーダー信号のデータは、科学界と防衛界の両方が関心を寄せる対象である月、惑星、小惑星、宇宙ゴミの詳細な画像を作成し、さらに詳しい情報を得るために使用できる。

レーダーの起源

この共同研究はスティーブン・ウィルキンソンのせいだ。「私が仕掛け人です」とレイセオンの主席技術フェローであるウィルキンソンは冗談交じりに告白する。2019年当時、ウィルキンソンは超高精度の時計に取り組んでいたが、新たな資金源を見つける必要があった。そこで彼はアメリカ天文学会の会議に行き、国立電波天文台（NRAO）の誰かとそれらの時計について話をしたいと考えた。NRAOは、世界中の天文学者が利用できる連邦政府の資金提供を受けた望遠鏡群である。

会議でウィルキンソンは NRAO のトニー・ビーズリー所長と会った。ビーズリーは確かにパートナーを望んでいたが、それは計時ではなく、レーダーの協力者を望んでいた。「それが当社の中核能力です」とウィルキンソンは言う。「私は自分の耳が信じられませんでした。」

常に新しい実験に積極的なウィルキンソン氏は、レイセオン社に戻り、巨大なグリーンバンク望遠鏡にレーダー送信機を設置するよう上層部を説得しようとした。グリーンバンク望遠鏡はかつては NRAO の一部だったが、現在は独立した施設となっているが、NRAO のプロジェクトではしばしばパートナーとなっている。(情報開示: 私は 2010 年から 2012 年まで、グリーンバンク望遠鏡があるグリーンバンク天文台で教育者として働いていた。)

「レーダーの場合、信号を送ってからそれを受信することに注意する必要があります」と、NRAO とグリーンバンク天文台の共同レーダー部門の責任者であるパトリック・テイラーは言う。「そのため、送信して戻ってくるときに多くの電力が失われます。…その意味で、非常に大きな望遠鏡が必要です。そして、世界最大の望遠鏡は電波望遠鏡です。」 返ってくる信号をキャッチする望遠鏡の配列は、都合よく NRAO が所有している。

2020年10月までに、レイセオンの合同電波観測チームは、家庭用電子レンジとほぼ同じ出力の700ワットの送信機のプロトタイプを構築し、望遠鏡の主焦点に設置しました。

システムが完成して以来、合同チームは 3 種類のテストを実施してきました。月、小惑星、宇宙ゴミに関する実験です。「これらが私たちが調査したい 3 つの主な分野です」とテイラー氏は言います。「月のような惑星規模の天体、惑星科学と惑星防衛のための小惑星や彗星のような小さな天体、そして、地球の周囲にあるものに関する安全、セキュリティ、認識のための宇宙ゴミです。」

これらすべての物体（自然物と人工物）を照らすシステムは同じです。レーダー信号は望遠鏡から発せられ、物体に反射して戻ってきて、他の望遠鏡によって収集されます。

月を越えて

月面テストでは、おそらく最も印象的な結果が得られ、米国地質調査所の地球の四分円地図に見られるような詳細なアポロ15号着陸地点とティコ・クレーターのポートレートが示された。数十万マイル離れた場所から撮影された写真は、名前が示すように月の周りを周回するルナー・リコネッサンス・オービターに搭載されたハイテクカメラで撮影された写真と同等の詳細さを誇っている。

その後、研究チームは地球から 130 万マイル離れた小惑星に電波を発射した。岩石の天体は幅がわずか 0.6 マイルほどで、遠くから見ると迫力のある写真が撮れるほど小さいが、地球と衝突するコース上にあるとしたら大きすぎる。このような小惑星を見つけ、その軌道を追跡し、その特徴を理解することで、科学者は地球規模の大惨事が地球に向かっているかどうかを知ることができ、もしそうなった場合は被害軽減策を開発できる。これは最近、二重小惑星方向転換テストで実証された能力だ (このミッションでは、別の小惑星と同じ軌道にある小惑星に宇宙船を衝突させ、衝突によって軌道が変わるかどうかを調べる。これは成功した)。

「レーダーは、小惑星を発見するという意味ではそれほど優れていません」とテイラー氏は言う。「しかし、光学観測所や赤外線観測所によって小惑星が発見された後に、レーダーは小惑星を追跡、監視、特徴づけるのに最適です。」

しかし重要なのは、レイセオンとグリーンバンク天文台およびNRAOの両チームの両陣営が、レーダー システムを使って宇宙ゴミを調べることにも関心を持っていることです。これらの物体は、静止軌道（地球から約22,000マイル）と月軌道の間の遠く離れたところにあるものです。「月に行くペイロードがさらに増えれば、宇宙ゴミもますます増えるでしょう」とテイラー氏は言います。「特に、人間を乗せるペイロードを送り始めるとしたら、もちろんそうするつもりですが、その場合は、そのゴミを追跡できるようにする必要があります。」

ウィルキンソン氏は、人類を再び月に送る前身となるアルテミス1号ミッションの最近のロケットブースターを例に挙げる。「それは私たちが行って探し、画像化し、何か面白いことをやろうとしているものでしょう」と同氏は言う。

デブリの性質を知ることは、科学者や遠く離れた場所にまで及ぶ民間プロジェクトにとって関心事であるが、防衛にも関連している。例えば、宇宙軍はこの問題に注目しており、空軍研究所（AFRL）は地球近傍ハイウェイパトロールシステム（CHPS）と呼ばれるプログラムに取り組んでいる。AFRLの声明によると、このシステムは「ミッション関連のデブリ、ロケットの本体、これまで追跡されていなかった地球近傍の物体などの未知の物体を捜索するとともに、現在月の近くや地球からの観測が難しい地球近傍のその他の地域で活動している宇宙船の位置更新情報を提供する」という。

もちろん、宇宙ゴミの破片が宇宙飛行士を傷つけたり、宇宙船を損傷したり破壊したりするのは望ましくありません。しかし、軍や諜報機関の職員は、一般的に、また具体的にはCHPSのようなプログラムを通じて、宇宙にいるすべての宇宙船とその目的についてさらに詳しく調べようとしています。地球に設置された強力なレーダーがゴミを監視できるのであれば、技術的には稼働中の衛星に対しても同じことができるはずです。

料理しましょう

チームは、低出力の試作品がデモを終えた今、より高出力のレーダー システムを恒久的に望遠鏡に搭載することを望んでいる。この作業は、レイセオンの他のプロジェクトにフィードバックできる。「ここで学んだ技術や知識を、もう少しリスクを取って開発し、それを他の製品に組み込むこともできる」とウィルキンソン氏は言う。同氏は、このシステムは、静止軌道と月の間の空間で同社が将来的に追跡作業を行うためのテスト ベッドになる可能性があると語る。これは、次世代の「宇宙状況認識」技術につながる科学実験である。

両チームは、国立科学財団の資金援助を受けて、高出力システムの概念設計に取り組んでいる。NRAO レーダー部門のプロジェクト科学者フローラ・パガネリ氏は、地上設置型望遠鏡ツールの製作に携わるのは今回が初めてだと語る。同氏は以前、カッシーニ レーダー科学チームのメンバーであり、NRAO に加わる前は SETI 研究所でも働いていた。

この装置にこのような意見が寄せられることは、現在、非常に意義深いことです。パガネッリのような研究者にとって、このような装置は、ほんの数年前よりもさらに重要な方法で科学を増強するでしょう。なぜなら、数年前、米国には月、惑星、小惑星を監視する機能を持つ「惑星レーダー」またはシステムが 2 つあったからです。

現在、グリーンバンク望遠鏡はカリフォルニア州のゴールドストーンだけになっている。プエルトリコの有名なアレシボ天文台にあるもう1つの望遠鏡は使用できなくなっているからだ。残念なことに、この望遠鏡は2020年に倒壊した。皿の上に吊るされていたプラットフォームがパネルに衝突したのだ。テイラーはそこで何年も働いた後、月惑星研究所で働き、その後NRAOに来た。「グリーンバンク望遠鏡にレーダーを設置することは、基本的に既存の他のシステムを補完する方法として、長年検討してきたことです」と彼は言う。

アレシボやそれに似た施設を再建する確固たる計画がないため、グリーンバンクは米国で2番目のそのようなレーダーシステムとして最大の希望となっている。「アレシボを補完するものから、代わりにその空白を埋めるものへと変化した」とテイラー氏はグリーンバンクのシステムについて語る。パガネッリ氏は、科学界のレーダーの専門知識が今やそこに集結する可能性があると指摘する。

ウィルキンソン氏は、企業の国家安全保障部門出身だが、天文学にも本来の関心があり、この二重利用プロジェクトは彼にとって刺激的なものだ。また、天文学のオープンさも刺激的だ。「ここで私たちがやっていることの多くは、通常、話すことはできません」とレイセオン社のウィルキンソン氏は言う。一方、宇宙の秘密は、隠すためではなく、発見して共有するためにあるのだ。

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