月面探査車は厳しい月夜を生き抜くために進化している

気温が華氏260度に達する日が続き、その後数週間にわたって夜になると華氏マイナス280度まで下がるため、日本のSLIMのような月探査機は環境の厳しさに限界がある。しかし、人類が月面での恒久的な居住を目指すなら、宇宙飛行士は長期間にわたってより適応性の高い装備を必要とする。研究者たちは、月面探査車などのツールがその任務を果たせるよう、革新的な解決策を開発している。

既存の月面車の断熱システムでは、一般的に高価なヒーターや、ループヒートパイプ（LHP）に取り付けられた効率の低いパッシブバルブを使用して温度を調節しています。この問題を解決するために、名古屋大学のエンジニアリングチームは最近、宇宙航空研究開発機構（JAXA）と協力し、月面車の搭載電子機器の冷却と加温を切り替える中間のヒートスイッチデバイスを設計しました。ジャーナル「Applied Thermal Engineering 」に詳細が記載されている彼らのプロトタイプは、LHPと電気流体力学（EHD）ポンプを組み合わせて、冷蔵庫とラップトップの冷却システムを同等に備えた、非常に効率的で低電力のデバイスを作り出しています。

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論文の共著者で主任研究者の西川原正人氏は、今月初めの発表の中で、このような熱スイッチ技術を「長期の月探査には不可欠」と呼んだ。

「日中は月面車が活動しており、電子機器は熱を発します。宇宙には空気がないので、電子機器から発生する熱は積極的に冷却して放散する必要があります」と西川原氏は言う。「一方、極寒の夜間には、電子機器が冷えすぎないように外部環境から遮断する必要があります。」

これらのハードルに対処するため、チームの新しい熱制御装置は、まず、猛暑の月面日中に LHP 内の位相シフト冷媒に頼ります。液体が蒸発すると、それに伴う熱がローバーのラジエーターから放出されます。冷媒が冷えて液体に戻った後も、このプロセスが繰り返されます。月面の夜間には、EHD ポンプがオンになり、流体に電流が発生します。これにより磁場が生成され、LHP 内の冷媒の動きをブロックするのに十分な圧力がかかります。これにより、ローバーの電子機器は氷点下の温度から完全に隔離され、わずかなエネルギーしか消費しません。

「この画期的なアプローチは、極度の温度下での探査車の生存を保証するだけでなく、資源が限られた月面環境では重要な考慮事項であるエネルギー消費を最小限に抑えます」と西川原氏は説明した。「これは将来の月面ミッションに統合される可能性の基礎を築き、持続的な月面探査活動の実現に貢献します。」

この新しいシステムは、おそらく月面探査車だけにとどまらないだろう。将来的には、同様の熱スイッチ装置が大型の輸送車両や宇宙船に搭載され、機械だけでなく宇宙飛行士にも重要な保護を提供するようになるかもしれない。