この新しいソーラーセイルはNASAが太陽を見つめることを容易にするかもしれない

太陽エネルギーは、世界中の乗り物のエネルギー源として長い間切望されてきた。そして今、NASA は宇宙探査に太陽エネルギーを利用することに一歩近づいた。メリーランド州ローレルにあるジョンズ ホプキンス大学応用物理学研究所のアンバー ダビルが率いる回折太陽帆プロジェクトは、探査機や衛星などの宇宙船が太陽光のみを使って長距離を移動することを可能にする。このタイプの光帆は、その種のものとしては初めてのものとなる。

このプロジェクトは、科学、政府、商業利用のための有望なアイデアの開発を支援する NASA の革新的先進コンセプト (NIAC) プログラムの 3 番目で最終段階に選ばれました。チームは、潜在的なミッションの前に技術の有効性を実証するための追加 2 年間の開発を支援するために 200 万ドルを受け取ります。これは、2012 年にプログラムが開始されて以来、フェーズ III 段階に到達した 5 番目のプロジェクトです。

ソーラーセイルは太陽光の圧力を利用して宇宙を進む。風に押される帆船とよく似ている。そのため、宇宙船を前進させるためのロケットや燃料は不要だ。しかし、ダンバーのチームが作ったような回折型ライトセイルは、従来の反射型ライトセイルの設計より一歩進んでいる。反射型ライトセイルは太陽光を集めて方向を変える必要があるため、金属のようなフィルムでコーティングする必要があり、常に太陽の方向を向いていなければならない。この依存性により、エネルギーの捕捉と操縦のしやすさの間で常にトレードオフがあるため、航行が制限される。さらに、反射型セイルの設計では、大きく、薄く、不安定になる。セイルを安定させて方向付けるために必要な機器は、最終的に宇宙船の速度を低下させる。

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回折帆は違います。光が広い面で反射されるのではなく、狭い開口部で回折されると、光はさまざまな方向に広がります。回折帆では、チームは表面に埋め込まれた小さな格子を使用して、帆が最適ではない角度であったり、太陽に直接向いていなくても、必要な場所に光を散乱させることで、光のこの特性を活用します。これにより、宇宙船はより機敏かつ効率的に航行できます。この設計により、ソーラー帆はより小型になり、消費電力が少なくなり、低コストで動作できます。しかも、電力を犠牲にすることなく実現できます。

デュビル氏はこの概念を実際の船の帆に例えています。反射帆に相当するもので風に向かって進もうとすると、意図した方向に進むために帆を前後に動かす必要があります。回折帆のようなものがあれば、風の力を利用して前方に吹き飛ばしながら、風に向かってまっすぐ突進することができます。

「[このデザイン]は斬新な部分です。より効率的で、これまでのライトセイルの問題を回避しています」とデュビル氏は述べ、さらに、彼らが実施した小規模な調査では、反射ライトセイルを回折ライトセイルに置き換える技術的努力は「十分に価値があり」、「メリットはコストをはるかに上回る」ことがわかったと付け加えた。

デュビル氏の指揮の下、チームはフェーズ III 期間中、太陽光集光器の金属材料を改良し、地上試験を実施する。デュビル氏によると、彼らは最終的に、軽量の回折型光帆群と科学機器を太陽の両極の周りを周回する軌道に送るための基礎を築いているという。NASA と欧州太陽機関のソーラー オービターは最近、太陽の高解像度画像を撮影したが、両極を直接撮影した画像はまだない。

「太陽については、まだわかっていないことがたくさんあります。この技術は、太陽の天候の複雑さを監視する上で大きな役割を果たすことができます」とデュビル氏は言う。「[私たちのチーム]は長い間このプロジェクトに取り組んできました。将来の飛行ミッションでこの機会が得られるのは、とてもうれしいことです。」