NASAの宇宙での建造計画が第一歩を踏み出した

人間は行く先々で何かを建設する。文明は家や小道の集積地から始まり、最近では高層ビル、電線、配管、携帯電話の基地局まで拡大している。そして、もし文明が地球を越えて拡大するなら、エンジニアはそこでもどうやって建設するかを考えなければならないだろう。

設計者たちは長い間、宇宙クレーンや宇宙レンガに相当するものを使って、精巧な望遠鏡や広々としたホテルを建設することを夢見てきたが、国際宇宙ステーション（ISS）とハッブル宇宙望遠鏡を除いて、軌道上にあるすべてのハードウェアは地球上で製造され、輸送のためにロケットに詰め込まれた。現在、NASAは企業に対し、地球の軌道上を飛び回りながらより複雑な機械を組み立てるための第一歩を踏み出すよう奨励している。先週、NASAはマクサー・テクノロジーズ社と1億4200万ドルの契約を締結したと発表した。この契約には、宇宙で大型アンテナを組み立てるロボットアームを次期衛星に組み込むことが含まれている。

「NASA​​が支援する開発コストは、私たちの業界が非常に低コストで宇宙での組み立てを開始できるようにする大きな要因です」とマクサーの宇宙インフラおよび民間宇宙担当副社長アル・タドロスは語る。

宇宙インフラ器用ロボット（SPIDER）と名付けられたこのロボットアームは、2020年代半ばにRestore-Lと呼ばれるミニバンサイズの衛星に搭載される予定だ。2014年から開発が進められているSPIDERは、完全に伸ばした状態で長さが約16フィートだが、7つの関節を使ってあらゆる形に曲げることができる。そのため、構造は異なるものの、人間の腕と同程度の柔軟性が得られる。

軌道に乗ったら、その器用さを発揮する。SPIDER は、Restore-L の横に収納された 7 枚のパネルを 1 枚ずつ取り外し、パズルのように組み立てる。ラチェットのようなツールを使って、SPIDER は各パネルに組み込まれた特殊なアタッチメントを締めることができる。部分的に自律的なアームは、各コマンドの後に一時停止し、搭載されたカメラと照明で写真撮影を行い、パネルが正確に揃っているかどうかをチェックする。「ちょっとしたスイス アーミー ナイフのようなものです」とタドロス氏は言う。

完成品は、地球上の各家庭にテレビチャンネルを放送するのと同じような、機能的な円形の 10 フィート幅の反射アンテナになる。ブロードバンド プロバイダーは現在、アンテナを 13 フィート幅のロケット内の宇宙船に平らに収まるように設計している。しかし、SPIDER では、衛星が 2 倍の大きさの独自のアンテナを構築できるため、より多くのデータをより多くの人々に送信できる。

ある意味、地球は繊細な機械を作るには最悪の場所だ。機械は、常に地面に押し付けられる重力に耐えるだけでなく、制御された爆発に乗って音速の 20 倍の速度に達する際に生じる揺れにも耐えなければならない。宇宙で作られる物体は、独自の課題 (数百度の温度変化など) に直面するが、理論上はどんなサイズにも成長できる。NASA が SPIDER に資金提供を決定したのは、この技術が、商用アンテナから、近々登場するジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) の 4 ～ 5 倍の大きさの鏡を備えた科学用望遠鏡まで、幅広い用途に受け入れられるためだとタドロス氏は言う。

「無制限のボリュームを実現することが目的です」とタドロス氏は言う。

NASAが立ち上げようとしている宇宙建設会社はマクサーだけではない。昨年夏、NASAは、ISSでカスタムパーツを製造するための3Dプリンターを開発した企業、メイド・イン・スペースに、宇宙船「アーキノート・ワン」のサポートとして7,370万ドルの契約を発注した。早ければ2022年に打ち上げられる可能性があるこの衛星は、33フィートの梁2本を3Dプリントし、そこからこのような小さな物体としては前例のない大きさの太陽電池パネルを展開することを目指している。

どちらのミッションも、人類が宇宙のハードウェアを整備し、アップグレードできる未来を予見している。SPIDER を搭載する宇宙船 Restore-L の主なミッションは、老朽化し​​た衛星を回収して燃料を補給する能力を実証することだ。タドロス氏は、これらのロボット メカニックの群れが宇宙船から宇宙船へと飛び移り、地上のインフラと同じように寿命を延ばし、メンテナンスを行うことを思い描いている。たとえば、ベライゾンが 3G から 4G にアップグレードしたとき、古いアンテナを新しいものに交換した。「携帯電話の塔は変えません」と同氏は言う。「そこに供給される電力や、そこへのアクセス道路も変えません」

高度なロボットアームを手元に置いておくことで、計画担当者は、物事がうまくいかなかったときに即興で対処する選択肢が増える。SPIDER は、マクサーの別の部品である火星探査機インサイト着陸機のアームと技術的な DNA を共有している。インサイトの機器の 1 つが、赤い惑星の予想外に硬い土に適切に埋まらなかったため、このアームはエンジニアが再び掘削を開始するための主なツールとなっている。NASA は、折り紙のように折りたたんでロケット内に収まるように JWST を設計したが、100 億ドルの望遠鏡を展開できるのは 1 回だけだ。SPIDER のようなアームがあれば、将来の宇宙望遠鏡は、物事がうまくいかなかったときに自ら修復する追加のチャンスを得ることができるかもしれない。

宇宙の修復と建設はSFでよく取り上げられる技術だが、現実の研究者たちは何十年も前から真剣に検討してきた。宇宙ステーションの初期の描写は軌道上に建設されることを想定して描かれ、NASAはもともとスペースシャトルを衛星の修理用に設計した。実際、NASAは1984年に別のシャトルミッションで衛星燃料補給実験と機能停止した衛星の初の回収の両方を実施した。

宇宙整備部隊の設立は予想以上に困難で、どちらの実務も成功しなかった。しかし、最近では、かつてないほど多くの企業が、それぞれ数億ドルの費用がかかる衛星を打ち上げている。そして、より強力なコンピューティング、より強くて軽い素材、そしてより小型のデバイス（SPIDER のカメラやセンサーなど）により、ついに衛星をより大きく、より優れたものにする技術が手に入ったとタドロスは示唆している。「そのような能力を他の多くのミッションに利用できるようにすることが、私たちがここで実証していることの本当の約束です」と彼は言う。