プラスチックカップと業務用掃除機が太陽系の歴史を書き換えるかもしれない

ジム・ハリス氏は「もう片付けた。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機器保管庫を訪れ、すべてが順調であることを確認した。ロッキード・マーティン社の飛行システム設計エンジニアに、歴史に名を残すかもしれない装置への関わりについて尋ねれば、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。「それ」が生まれた経緯はこうだ。10年前、ハリスは土の私道で逆さまにしたプラスチックのカップをコンプレッサーに取り付けた。完成したこの装置（TAGSAM）は来月、地球に最も近い小惑星ベンヌ（最接近軌道で186,000マイル）への旅を開始する。到着後、太陽系の形成に関する理解を変える可能性のあるサンプルを採取しようとする。

今のところ、ハリス氏とNASAの今後のOSIRIS-RExミッションを支えるチームの他のメンバーは辛抱強く待っている。

OSIRIS-REx ミッションは、ダグウッド サンドイッチの頭文字で、Origins、Spectral Interpretation、Resource Identification、Security、Regolith Explorer の頭文字をとったもので、小惑星ベンヌに太陽光発電の宇宙船を送り込むものです。2016 年 9 月 8 日に打ち上げが予定されています。

ベンヌは直径500メートルの炭素質の「瓦礫の山」で、太陽系の黎明期に形成されたときのレゴリス（ゆるい表層物質）で覆われている。科学者がこの物質を分析できれば、ベンヌ、地球、その他の惑星が形成された当時の状況について、より詳しく知ることができるだろう。

また、ベンヌが22世紀後半までに地球に近づきすぎて危険な状態になる可能性も比較的高い。軌道モデルによれば、この小惑星が地球に衝突する可能性は2700分の1であり、TNT火薬2750メガトンの威力を放出し、アリゾナ州ツーソンほどの広さの地域を壊滅させる可能性がある。

したがって、小さなベンヌが、私たちがここに来た経緯の手がかりを握っており、私たちの運命を形作る可能性があると言っても過言ではありません。

その大きさ、地球への定期的な接近、そして太古の組成は、訪問するのに理想的である。NASA は表面の地図を作成し、赤外線スペクトル データを採取し、表面物質の一部を地球に持ち帰る予定である。しかし、微小重力下で移動する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想定していたが、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振る舞うため、どれも扱いが難しすぎる。

競争相手からは、3本爪のグラバー、オーガー、ファンブレード機構などが生まれたが、ベンヌの微小重力下での反対の力の課題を完全に克服したものはなかった。

当時ロッキード社の主任科学者だったベン・クラーク博士によるバイキング時代の研究は、ハリスが収集方法として空気圧を利用することを示唆するのに役立ちました。重力が低減した宇宙の私道で、どうやって砂利の山をシャベルでかき集めるのでしょうか? 掃除機を取り出します。

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た。そして前述のプラスチックカップにいくつか穴を開け、圧縮空気を土に吹き込むと、ほこりがカップやその周囲にあるもの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言った。最終版では、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秒間キスをすることができる。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、それほど奇抜ではないが、より正確な名前、「タッチ・アンド・ゴー・サンプル取得メカニズム（TAGSAM）」を与えた。

今では単純な天才的なアイデアのように聞こえるが、彼らは科学フェアのプロジェクトに適したソロ 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バージョンで、小さなフィルターと CO2 カートリッジ サイズのボトルが付属していた。

3、4 回の試行錯誤を経て、現在見られる TAGSAM が完成しました。このエレガントな装置は、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ます。まるでショールームのフロア バッファーのようです。

「私たちは、それを私道から今日の場所に移すために多くの努力をしました」とクーンズ氏は言う。

彼らは数週間に渡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回のテストを実施した。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、そしてベンヌが宇宙でつかまっていると想像できるあらゆる大きさや形の物質でテストを行った。

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。

ロッキード・マーティンの元子会社マーティン・マリエッタは、38年前、ハリス氏を新卒で雇った。ハリス氏がNASAで彼の長年の研究成果が何百ポンドもの推力に結び付けられ、宇宙に打ち上げられるのを見るのは、今回が初めてではない。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。

ハリス氏は、ロッキード社のデンバー施設にある飛行操作コンソールから、アトラス V ロケットが OSIRIS-REx 宇宙船を載せて打ち上げられる様子を見る予定だと語った。38 年経っても、まだ飽きることはない。「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、ロッキード・マーティンとNASAはオシリス・レックスの健全性と運用を監視する。その後、7年間の旅を終えたカプセルは、贈り物やレゴリスを積んで地球に落下し、開封され、分配され、延々と食べられるのを待つことになる。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カプセルを開ける人々の一人となるだろう。彼らが発見するものは、太陽系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（宇宙探査機）は、太陽系の形成に関する考え方を一新しました。（科学者たちは）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。彼らが何を発見するかは、正確にはわかりません。それがポイントなのです。」