ビデオ宇宙飛行の研究者たちは、将来、宇宙船が地球の軌道上で何年も滞留して危険なゴミと化すのを防ぐために使用される可能性のある抗力帆のプロトタイプをテストする準備ができている。
要点はこうだ。米国パデュー大学の研究者たちが、「Spinnaker3」と呼ばれる装置を開発し、スタートアップ企業Firefly Aerospaceが開発し、今週打ち上げられるロケットに搭載される予定だ。ロケットの上段が使い果たされると、Spinnaker3は18平方メートルの抗力帆を展開する。この抗力帆はフッ素化ポリイミドで作られている。
パデュー大学ニール・アームストロング工学ホールのアトリウムで展開されたドラッグセイルのプロトタイプをドローンで撮影した写真。左から、アンソニー・コファー、デビッド・スペンサー、アーリー・ブラック。出典：パデュー大学
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この帆は、スピナカー3の3メートルに相当する長さ3メートルのカーボンファイバー製ポールによって張られます。宇宙で初めて使用される抗力帆ではありませんが、重要なのは、この帆が十分な大きさであり、大気抵抗を増加させることでロケット段の速度を低下させるということです。このロケットは、抗力帆がない場合の25日ではなく、15日で軌道を離脱し、地球の大気圏で燃え尽きると予想されています。
直感に反するように聞こえるかもしれませんが、聞いてください。軌道上の宇宙船の速度を落とすと、軌道離脱と燃焼までの時間が短縮されます。ドラッグセイルを使えば、将来の宇宙船をはるかに短い時間で破壊できる可能性があり、他の宇宙船やデブリに衝突して地球にゴミを撒き散らす可能性を減らすことができます。
「抗力帆は宇宙船の面積を増やし、抗力が作用する表面積を増やすことで機能します」と、スピンナカー3に取り組んでいるパデュー大学の博士課程の学生、アーリー・ブラック氏はThe Registerに語った。
「パラシュートのようなものだと考えてください。パラシュートは単純に抗力面積を増やすだけです。つまり、物体の面積と質量の比率が少しでも増加すると、宇宙船の速度が低下し、地球に近づくことになります。」
アーリー・ブラック氏（前列）は、ラボエンジニアのアンソニー・コファー氏と共にスピナカー3の帆の展開をテストしている。写真提供：パデュー大学／デビッド・スペンサー
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この技術は、衛星やその他の宇宙船に搭載することで、退役時や寿命が尽きた際に速度を落とし、より合理的な時間枠で軌道離脱できるようにすることで、機体の乱れを軽減することができます。軌道離脱のバックアップ手段、あるいは搭載エンジンの代替手段として活用できると考えています。
「一般に信じられていることとは異なり、地球の周囲は完全な真空ではなく、大気にはある程度の密度があります」とブラック氏は続けた。「この密度は小さいながらも、軌道上の宇宙船を徐々に減速させ、最終的には地球に向かって螺旋状に進んでいくのに十分です。」
「減衰率は、軌道高度や宇宙船の面積質量比など、いくつかの要因に依存します。高度が上昇するにつれて密度は低下するため、軌道が高ければ高いほど、宇宙船が軌道から離脱するのにかかる時間は長くなります。」
低高度では軌道離脱は数日で完了しますが、高高度では数十年から数百年かかる可能性があります。現在の打ち上げペースでは、宇宙船を長期間にわたって自力で軌道離脱させることは、まもなく現実的な選択肢ではなくなるでしょう。
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ドラッグセイルの仕組みを説明するビデオがこちらにあります:
YouTubeビデオ
15キログラムのドラッグセイルは、ペイロードの質量という点では打ち上げにそれほど大きな影響を与えません。パデュー大学航空宇宙工学の非常勤准教授であり、様々なサイズの宇宙船向けのドラッグセイルを製造するスタートアップ企業、Vestigo Aerospace LLCの創業者であるデイブ・スペンサー氏は、最終的な商用バージョンでは質量を8キログラムまで軽量化したいと語りました。
「スピナカー3は、ホスト宇宙船が非活動状態であっても動作するように設計されている」と彼はエル・レグ紙に語った。
「これにより、宇宙船が予定より早く故障した場合でも、タイムリーに軌道から離脱することを保証するフェイルセーフ方式が提供される。」
研究者たちが発明品を実際のロケット機体でテストするのは今回が初めてです。彼らは、ファイアフライロケットの上段に設置されたカメラを通してスピナカー3の飛行を観察し、米国宇宙軍から提供されるデータに基づいて、スピナカー3が軌道離脱するまでの時間を追跡する予定です。
ファイアフライロケットは、9月2日午後18時から午後9時（太平洋標準時）（9月3日午前1時から午前5時（協定世界時））の間に、カリフォルニア州のヴァンデンバーグ宇宙軍基地から打ち上げられる予定です。イベントのライブストリームは、こちらからご覧いただけます。®
追加更新
残念なことに、スピナカー3を搭載したロケットは打ち上げ時に爆発し、実験用の帆が破壊されました。
