更新今週、欧州宇宙機関の国際ガンマ線天体物理学研究所 (インテグラル) の宇宙船が打ち上げ 20 周年を迎えました。当初は 5 年間の運用が予定されていました。
この衛星は、1989年に初めて提案され、1993年に開発対象として選定された後、2002年10月17日にカザフスタンのプロトンロケットに乗って大気圏を離脱した。
当初は15keVから10MeVのエネルギー範囲における電磁放射の撮像と分光測定を行う予定で、ブラックホール、新星・超新星爆発、中性子星などを観測する計画だった。しかし、インテグラルの大きな特徴は、その極めて偏心した軌道を延々と回り続けたことだ。
少なくとも一度は間違った方向に回転したと思いますが、いくつかのExcelスプレッドシートと3つのチームの協力で、問題を解決できました。
5年間の旅に出発
「5年以上も持ちこたえるとは誰も思っていませんでした」と、インテグラル社の元ミッションマネージャー、ピーター・クレッチマー氏はThe Register紙に語った。「10年持ちこたえた時は、本当にすごいと思いました。今の宇宙船運用マネージャー、リチャード（・サウスワース氏）と話していた時のことを今でも覚えています。私たちは顔を見合わせて、『もし20年も持ちこたえられたら、どんなに素晴らしいだろう』と言ったんです」
インテグラル (クレジット: ESA、D. Ducros)
今週、ドイツのダルムシュタットにある欧州宇宙運用センターに、その歴史に関わった人々が集まり、宇宙船の運用開始から30年を迎えたことを振り返り、その栄誉を称えた。参加者の中には、クレッチマー氏やサウスワース氏のように、キャリアの大半をこのミッションに費やした人もいる。
クレッチマー氏は、1996年にインテグラル計画の開発段階からポスドク研究員として着実に関わってきました。彼の妻もハードウェア開発に携わったことがあります。ピーター氏にとってインテグラルは単なるキャリアではなく、家族ぐるみの取り組みであり、彼自身の言葉を借りれば「人生全体を形作った」ものです。
クレッチマー氏は自身の役割を船長や航海士に例えた。「衛星の安全を確認する前に私に電話してくることはまずありませんが、本当に問題があれば後から電話してくるのです。」
サウスワース氏は、現在このミッションの最高技術責任者であり、24年間このプログラムに携わってきたにもかかわらず、自身をタクシー運転手に例えた。「科学者たちがいつどこへ行くべきかを指示してくれるんです」と彼は言った。
インテグラルの長寿命に驚かなかった人物の一人が、ミッションサイエンティストのエリック・クールカーズ氏だ。「X線ミッションやガンマ線ミッションは予想以上に長寿命であることは周知の事実です」とクールカーズ氏はThe Reg紙に語った。宇宙では機器に大量の放射線が影響を及ぼすため、機器は過剰設計され、人々が考えるよりも長寿命になるのだと彼は説明した。
インテグラルのバス設計は、1999年に打ち上げられたESAのX線宇宙望遠鏡XMM-Newtonに似ています。この設計選択はプロジェクトのコスト削減に貢献しました。しかし、インテグラルは約500ポンド（227kg）重く、搭載機器も大きく異なります。搭載されている4つの科学機器は、ESAが軌道上に打ち上げた機器の中で最大重量で、約2トンにもなります。
ESAによれば、これは、まばらで透過性のあるガンマ線を捕捉する間、大型の検出器を背景放射線から保護する必要があるためだという。
インテグラル、もし今日設計されたら
サウスワース氏は、もしこのミッションが今日計画されていたら、いくつかの点が異なっていただろうと述べた。例えば、集中的な手動操作ではなく、接触時間がほとんどない高度に自動化された操作が特徴となるだろう。
これは、開発当時、信頼性の高いオンボード記録テレメトリが利用できなかったためです。大容量記憶装置がなかったため、すべてがリアルタイムで行われ、地上局への24時間常時接続が必要でした。
さらに、機内に遠隔コマンドキューを保存する信頼できる方法がなく、自動化された操作の概念が排除されました。
「楕円軌道ではなく、地球よりも太陽から遠いL2ラグランジュ点に位置する可能性が非常に高いです」とサウスワース氏は述べた。「地球周回軌道のデメリットの一つは、近地点ごとにヴァン・アレン帯を通過することです。このため、非常に高い背景放射線にさらされるため、観測機器を安全な位置に配置する必要があります。」
サウスワース氏は、この軌道では64時間周回するごとに6～8時間の観測時間が失われるが、これは今日の技術では全く不必要な状況だと述べた。
クールカーズ氏は、もしインテグラルが現在設計されていたとしたら、主な違いは宇宙船との通信機能だっただろうと付け加えた。現代版であれば、搭載される機器も当時の科学研究を最適化するように設計されていたはずだ。
「しかし、船内にどんな古い機器が搭載されていて、それが完璧に機能しているか想像してみてください。驚きです」とクールカーズ氏は語った。
クレッチマー氏は、主な支出は宇宙船を軌道に乗せることから発生するため、いかなる改良を行ってもコストは変わらないとすぐに警告した。
「何かを宇宙に打ち上げると、衛星のサイズにもよりますが、それだけで簡単に数億ドルかかります。安価な衛星は、より大きな衛星に搭載できるからこそ宇宙に打ち上げられるのです」とクレッチマー氏は述べた。彼は、民間宇宙開発がこの分野で近いうちにゲームチェンジャーとなる可能性があることを認めた。
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留まるべきか、それとも今すぐ去るべきか？
この宇宙船は、計画されている長期軌道ドリフトを経て2029年2月に再突入する予定だが、資金が得られなければ、それよりも早く廃棄される可能性がある。つまり、20年にわたる情熱と資金提供にもかかわらず、あっけなく宇宙ゴミと化してしまう可能性があるのだ。
最初の 5 年間が経過した後、プログラムは技術的なレビューに基づいて 2 年または 3 年の延長期間を経ました。
「過去20年間で最も資金が不足しているため、次回のミッション延長についてはさらに疑問が残る」とサウスワース氏は述べた。クールカーズ氏は、資金不足の原因はウクライナ情勢、インフレ、そしてCOVID-19による不安定化にあると指摘した。
いずれにせよ、サウスワース氏は、衛星は2029年まで27年間もつかもしれないと考え始めていると述べたが、その頃には「機器が劣化し始めており、太陽電池も劣化している」ため、性能はかなり劣っているかもしれないと認めている。
インテグラルは、2020年7月に宇宙船が予期せずセーフモードに入った故障のため、現在はスラスターを使用せず、代わりにリアクションホイールと太陽放射圧を使用して稼働している。
「科学は続く、技術は続く」とクールカーズ氏は語った。「産業界は前進を望み、新しい機器や衛星を開発したいと考えている。彼らにとって、これは単なる仕事の一つに過ぎないのだ。」
しかし、少なくとも今後4～5年間は後継者が現れなければ、世界は観察し学ぶ大きな機会を逃すことになるかもしれない。
例えば、10月9日、インテグラルは史上最も明るいガンマ線バーストを記録しました。GRB221009Aと名付けられたこのイベントは、太陽の約30倍の大きさの恒星の爆発と崩壊によって引き起こされ、約24億光年離れた場所に新たなブラックホールが形成されたと考えられています。
「宇宙は止まらない。そして時折、新しいものが現れ、そこに行きたくなる。だって、宇宙は既にそこに存在しているんだから、なぜ止める必要があるんだ？」とクールカーズ氏は言った。「それは残念なことだ。」
パンデミック前の2018年半ばには、インテグラルミッションに関する科学論文の発表数は3～4日に1本のペースで、本記事の公開時点ではインテグラルの論文総数は約1,600本でした。*
「他の衛星からは得られないデータがあります」とクレッチマー氏はThe Regに語った。インテグラルのデータ記録方法のおかげで、他の観測所では明るすぎる現象も観測できると彼は述べた。
人生の二度目のチャンス
ある意味、インテグラルは2021年9月の瀕死の体験から回復し、既に二度目のチャンスを得ていたと言えるでしょう。姿勢安定を助ける3つのアクティブフライホイールのうち1つが警告なしに停止し、危険な回転を招きました。2020年7月の事故以来、スラスターが機能せず、バッテリー残量もわずか3時間という状況で、チームはインテグラルを永遠に失う寸前でした。
彼らは自宅で作業しながら、試行錯誤を繰り返しながら、奇跡的に車輪を再起動して宇宙船の揺れを止めることに成功し、宇宙船を即座に回復させる方法を学んだ。
「少なくとも一度は間違った方向に回転してしまったと思うのですが、Excelのスプレッドシートをいくつか使い、3つのチームが問題に取り組んだおかげで、なんとか解決できました」とサウスワース氏はThe Regに語った。チームはあまり祝杯を挙げず、午前5時だったので、全員ベッドに戻り、翌朝になってようやく片付けたという。
サウスワースは、チーム全体で最も創造的な瞬間は仕事後のビアガーデンで生まれたと認めた。
重要なのは、Integral に関わる多くの人々が、このプロジェクトを本当に気にかけているということです。
「このような衛星がトラブルに見舞われると、文字通り、その衛星を製造した企業で働いていた退職エンジニアたちが、今もその衛星の開発に携わっている人物から連絡を受けるのです」とクレッチマー氏は述べた。「彼らは腰を据えて、思いついたアイデアを何日もかけて考えます。そして、そのアイデアに対する報酬は誰も受け取らないでしょう。衛星を動作させるために、人々は契約上の義務をはるかに超えて働くのです。」®
訂正 – 2025年2月17日追記
* この記事の以前のバージョンでは、XMM-ニュートンミッションとの「合計」数を誤って記載していましたが、これは正確ではありません。ESAのピーター・クレッチマー氏からご連絡をいただき、その点を指摘されました。インテグラルの論文数は実際には当時1,600本でした。この点を改めてご説明いたします。
