アルファケンタウリへの第一歩：火星への航海

1億ドルのブレークスルー・スターショット計画は、レーザーを使ってチップサイズの探査機を光速の25パーセント以上で打ち上げ、20年かけてアルファ・ケンタウリまで運ぶことを目指している。しかし、このプロジェクトが恒星間旅行を始めるずっと前に、太陽系の神秘的な場所を探索する惑星間ミッションを開始する可能性がある。研究者らによると、これらのレーザーは「宇宙チップ」を約30分で火星まで運ぶことができるという。

ブレークスルー スターショット計画は、巨大な地上レーザーを使用して「レーザー帆」の群れを外に押し出すことを目指している。光は圧力をほとんど及ぼさないが、以前のプロジェクトではすでに、太陽の光で推進する宇宙船であるソーラーセイルのテストが数多く成功している。ブレークスルー スターショットが計画しているレーザー アレイは、年間最大数万の探査機の群れを打ち上げることができる。

この野心的なプロジェクトには、数多くの課題が待ち受けている。このプロジェクトでは、1キロメートル規模の「フェーズドアレイ」で多数のレーザーを同期させ、1つの前例のない巨大な100ギガワットレーザーのように動作させる必要がある。これらのビームは、何千マイルも離れた小さなターゲットに焦点を合わせ、レーザー帆を数分間押し、宇宙空間を弧を描く探査機を追跡するために旋回し、大気の歪みを補正するために適応光学と呼ばれる変形可能なミラーに頼りながら、完璧に同期して発射する必要がある。

研究者たちは、必要なすべての機器を搭載できる小型宇宙船や、柔軟性、耐久性、軽量性、反射率に優れたレーザー帆として機能する新しい素材も設計する必要がある。

探査機の群れを恒星間飛行に打ち上げる前に、まずは惑星間ミッションに関する専門知識を蓄積しておくのが理にかなっている。「より高速に物体を発射できる、より高出力のより大きなアレイを構築するにつれて、最初に探査機を送る論理的な場所は太陽系の他の場所になります」と、カリフォルニア大学サンタバーバラ校の実験宇宙学者で、ブレイクスルー・スターショットのアドバイザーであるフィリップ・ルービン氏は言う。

ブレークスルー・スターショットが計画している100ギガワットのアレイは、わずか約10分間のレーザー照射で、幅1メートルの帆を持つ重さ1グラムの探査機を光速の25パーセント以上まで加速することができる。この速度であれば、宇宙チップはわずか30分ほどで火星に到達できる。

「この技術が実現すれば、太陽系のどこへでも驚くほどのスピードで飛行してミッションを遂行できるようになります」と、SF作家でNASAの物理学者、ブレークスルー・スターショットのアドバイザーでもあるジェフリー・ランディス氏は語る。「現在、私たちは火星や金星など太陽系の内側の他の場所に行くのはかなり上手になっていますが、太陽系の外側、特に天王星やその先に行くにはとてつもなく長い時間がかかります。数日でそこに到着できる超高速の探査機を送ることができれば、それは本当に素晴らしいことです。」

ナノプローブは太陽系の何千もの未知の領域を探索できる可能性があります。

惑星間宇宙船を超高速で旅させる際のもう 1 つの問題は、その後に宇宙船を停止させることです。1 つの解決策は、宇宙船を停止させずに、代わりにターゲットを通過するフライバイ ミッションを開始することです。ターゲットには、冥王星の向こうに潜んでいると考えられている謎の世界が含まれる可能性があります。

「太陽系には私たちがまったく知らない領域がかなりあります。ニューホライズンズ宇宙船を使ってカイパーベルトの端にある冥王星という天体を通過しただけで、『もっと知りたい』と思うようになりました」とランディス氏は言う。「1つか2つの天体だけでなく、何千もの天体に探査機を送ることができたら、とてもワクワクするでしょう」

もう一つの解決策は、ルビン氏が「スマート ダーツ」と呼ぶもの、つまり衝突ミッションでターゲットに衝突する高速探査機です。NASA の LCROSS 探査機が月で行ったことや、NASA のディープ インパクト ミッションがテンペル第 1 彗星で行ったこととよく似ています。「衝突後に何が見えるかを分析することで、衝突機から多くのことを学ぶことができます」とランディス氏は言います。「衝突機が何でできているか、どのくらいの速度で移動しているか、どのくらいのエネルギーを放出しているかはわかっているので、ターゲットのごく一部を蒸発させた後に何が見えるかを分析することで、その物体について多くのことがわかります。」

さらに別の解決策としては、極小の探査機を途方もなく速いスピードで打ち上げる代わりに、やや大型の探査機を低速ながらも非常に速いスピードで打ち上げるという方法がある。大型の探査機には、減速するための何らかのブレーキ機構を搭載し、目標の軌道を周回したり、目標地点に着陸したりできる。このブレーキ機構は、火星のように目標に大気がある場合はパラシュート、または電気を使って推進剤の煙を噴射して目標地点から遠ざけるイオンエンジンになる。「地球上のレーザーアレイを使って、イオンエンジンに遠隔で電力を供給することさえできる」とルビン氏は言う。ランディス氏は「これまで、これほど小型の探査機に搭載できるほど小型のイオンエンジンを作った人は誰もいなかった。これはまったく新しい研究分野だ」と指摘する。

究極の解決策は、別のレーザーアレイを目的地に設置し、レーザー帆の速度を落とすことです。「私たちはこれを『ピンポンモード』と呼んでいます」とルビン氏は言います。ランディス氏は、そのようなブレーキアレイの設置は困難だと指摘します。「もはや単なる探査システムではなく、太陽系全体に貨物を送るために使用できる輸送システムを手に入れることになります。」