プラスチックカップが歴史を作ったメカニズム

ジム・ハリス氏は「今はもうしまわれている。もうやることはほとんどない」と言う。ハリス氏はケネディ宇宙センターの保管庫を訪れ、すべてが順調であることを確認した。飛行システム設計エンジニアにこの件への関与について尋ねると、その答えは驚くほど控えめなものになるだろう。

大げさなことは必要ない。とてもシンプルで、うまくいったのだ。10年前、ハリスは土の私道で掃除機に逆さまにしたプラスチックのカップを取り付け、逆回転のスイッチを押した。来月、完成したこの装置は地球に最も近い小惑星ベンヌに向けて出発する。この探査機は、教科書を書き換えるような発見を持ち帰るかもしれない。

今のところ、彼とOSIRIS-RExチームの残りのメンバーは待機している。

OSIRIS-REx ミッションは、ダグウッド サンドイッチの頭文字で、起源、スペクトル解釈、資源識別、セキュリティ、レゴリス エクスプローラーの頭文字をとったもので、太陽光発電の宇宙船を小惑星ベンヌに送ります。ベンヌは直径 200 メートル未満の炭素質小惑星で、ウサイン ボルトが 20 秒で周回できます。ベンヌは太陽系の夜明けに形成されたときのレゴリス (ゆるい上層物質) で覆われています。また、22 世紀後半までに地球に近づきすぎて快適に過ごせなくなる可能性も比較的高いです。小さなベンヌは、私たちがここにたどり着いた経緯の鍵を握っており、私たちの運命も握っている可能性があります。

その大きさ、地球への定期的な接近、そして太古の昔に作られた構造は、訪れるのに理想的である。しかし、微小重力下で動く小惑星の破片をどうやって捕獲するかが大きな問題である。

ロッキード・マーティンは、解決策を社内に呼びかけた。「一般的に新しいアイデアを得ようとすると、本当に最善の解決策を見逃してしまう可能性があります」と、ロッキードの OSIRIS-REx 宇宙船プログラム マネージャーであるリッチ・クーンズ氏はポピュラー サイエンス誌に語った。「これはイノベーション ガレージの考え方です。人々に前に出てもらい、『ベストを尽くしてください』と言うことで、最高のアイデアが得られます」。そうしないと、強い個性がグループを支配し、真に画期的な研究を覆い隠してしまう可能性があると同氏は言う。

そこでエンジニアたちは作業に取りかかった。誰もが、ドリル、スコップ、グラバーといった基本的な道具が必要だと考えた。これらはいずれも微小重力下では扱いが難しい。微小重力下では、砂利の山がピンポン玉がいっぱい入った金魚鉢のようにふるまうからだ。競合製品として、3本爪のグラバー、ドリル、オーガー、ファンブレード機構が生まれたが、どれもベンヌの微小重力下での相反する力の課題を完全に克服することはできなかった。

当時ロッキード社の主任科学者だったベン・クラーク博士のバイキング時代の研究は、ハリスが空気圧を利用して砂利を集める方法を考えるきっかけとなった。重力が減った宇宙の私道で、どうやって砂利の山をシャベルでかき集めるのだろうか？掃除機を取り出すのだ。

この理論を検証するため、ハリス氏と当時中学生だった息子は、デンバーにある自宅の土の私道に一枚の紙を広げ、前述のプラスチックカップにいくつか穴を開け、土の中に圧縮空気を吹き込むと、ほこりがカップ、あるいはカップの周囲にあるものの中に舞い上がることを証明した。

ハリス氏は、最初の設計を「Muucav」、つまり「真空」を逆にしたものだと語った。最終的なバージョンでは、純粋な窒素ガスを吹き込むことで、宇宙船のバランスを崩すような力を発生させることなく、表面に5秒間軽く触れることができる。アイススケートで壁を突くというよりは、エアホッケーのパックを軽く叩くような感じだ。

「小惑星、宇宙船、コレクターが互いにどのように相互作用するかによって、この技術が正しいものとして際立つのです」とクーンズ氏は言う。最終的に、彼らはこの技術に、奇抜さは抑えつつもより正確な名前、つまり「タッチ アンド ゴー サンプル取得メカニズム」という名前を付けた。

今では単純な天才的なアイデアに聞こえるが、彼らは科学フェアのプロジェクトに適した Solo カップからすぐに完全に成功するメカニズムに飛びついたわけではない。「2 段階以上ありました」とハリスは笑いながら言う。次のステップは、最初のカップとあまり変わらない大きさの金属製カップに、小さなフィルターと CO2 カートリッジほどの大きさのボトルを取り付けたものだ。3 回か 4 回の試行錯誤を経て、彼らは現在見られる TAGSAM にたどり着いた。このエレガントなデバイスは、直径 12 インチのサンプル フィルター、10 フィートのアーム、ポゴで構成されている。まるでフロア バッファーのようだ。

「私たちは、それを私道から今日の場所まで移動させるのに多くの努力をしました」とクーンズは言う。彼らは数週間にわたって無重力飛行を行い、一度に50回の放物線飛行を行った。真空中で100回のテストを行った。バーミキュライト、発泡スチロールのペレット、火山岩、おがくず、モルタルミックス、タギッシュ湖隕石に似た物質、そしてベンヌがそこにつかまっていると想像できるあらゆる大きさや形の物でテストした。

この軽快なハイタッチから少なくとも 2 オンスの材料が得られますが、最終的には 4 ポンドにもなる場合があります。

38年前、当時のロッキード・マーティン社のマーティン・マリエッタ部門は、ハリス氏を新卒で雇った。ハリス氏がNASAが彼の長年の研究成果を何百ポンドもの推力に結びつけ、宇宙に打ち上げるのを見るのはこれが初めてではない。彼は、1999年に打ち上げられた彗星探査ミッション「スターダスト」のサンプルリターンカプセルの内部や、エアロゲルを保持するテニスラケットのようなグリッドを展開するアームなど、いくつかの部品を設計した。

彼は、ロッキード社のデンバー施設の飛行操作コンソールから、10 年にわたる努力の末に打ち上げられたアトラス V ロケットの打ち上げを見守ることになる。38 年経っても、彼はまだ飽きていない。「打ち上げとカウントダウンの瞬間はいつもワクワクします」とハリス氏は言う。「実際に飛ぶのを見ると、胸がいっぱいになります」

打ち上げから2023年まで、彼らは今後7年間、オシリス・レックスの健全性と運用を監視する。その後、オシリス・レックスは、開封され、分配され、延々と食べられるのを待っているレゴリスの贈り物を携えて地球に自由落下する。今日の小学生たち（ハリス氏の息子がガレージの実験助手だった頃の年齢に近い）は、7年後にユタ州の砂漠に着陸したときにカプセルを開ける人々の一人になるだろう。彼らが発見するものは、人類の起源の物語を解き明かすことになるかもしれない。

謎はアイデアそのものだとハリス氏は言う。「スターダストは、太陽系の形成に関する彼らの考えを一新しました。彼らはそのデータに基づいて、太陽系の形成について考え直さなければなりませんでした。彼らが何を見つけるかは、正確にはわかりません。それがポイントなのです。」