NASAは星間ミッションについて真剣になっています

(図 Space Ships Pixabay by Reimund Bertrams)　　(Fig.) アーティクル・イメージ

星間宇宙探査は、長い間サイエンス・フィクションのようなもので、多くの技術者は、人類はまだ十分ではないと考えている技術的な課題です。しかし、NASA関連の研究者達のグループによる進行中の研究は、この仮定に挑戦しています。研究者達は、既存の技術で構築できるミッションのビジョンを持っています。実際に、グループはこう言います、もしも彼らのミッションがNASAにより選ばれたのならば、それは2030年に直ぐに飛べます。

「これは、星間空間への人類の最初のはっきりしたステップです」と、恒星間探査機(interstellar probe)の研究に取り組んでいるジョンズ・ホプキンス応用物理研究所(Johns Hopkins Applied Physics Laboratory)の物理学者の、ポンタス・ブラント(Pontus Brandt)氏は述べます。

ラボは、NASAの太陽物理学部門(Heliophysics division)の要請で、昨年の夏に恒星間探査機の研究を開始しました。 1年で、彼らは現在、そのようなミッションの核心のエンジニアリングの詳細を細部まで慎重に議論しています。

2021年の終わりに、ブラントと彼の同僚達は、全米アカデミーズ(National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine)の太陽物理学の10年間の調査に含めるために提出します。これは、次の10年間の太陽関連のミッションの優先順位を決定します。

2021年の終わりに、ブラントと彼の同僚達は、全米アカデミーズ(National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine)の太陽物理学の10年間の調査(decadal survey)に含めるために提出します。これは、次の10年間の太陽関連のミッションの優先順位を決定します。

Interstellar Probe | Johns Hopkins University
National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine - Wikipedia

星間ミッションの基本的な考え方は、NASAの巨大なスペース・ローンチ・システム(Space Launch System、SLS)ロケットで、1,700ポンド未満の重さの宇宙船を打ち上げることです。SLSロケットは、2021年までに準備が整うと予想されています。それは、あらゆる他の探査機のように、私達の太陽系を横断して移動させるでしょう。それに別のブーストを与えるために、次に重力アシストを使用してクラフト[探査機]をスイングバイし、時速100,000マイルを遥かに超える速さになります。応用物理研究所(Applied Physics Lab)のチームは現在、2種類の重力アシストを検討しています－木星(Jupiter)の周りで探査機をスイングバイする「プレーンバニラ(plain vanilla)」アシストと、もう１つは太陽の周りをスイングバイするアシストです。

太陽を使うことは有利です、なぜなら、宇宙船は木星のアシストよりも遥かに高速に到達できるからです。しかし、宇宙船はパーカー・ソーラー・プローブ(Parker Solar Probe)よりも太陽に数倍近く通過する必要があります。パーカー・ソーラー・プローブは最近、恒星の最も近くを通過する人工物になりました。これには容易ならない熱シールドが必要ですが、しかし、ある時点で熱シールドはかなり嵩張り、太陽に近づくほど宇宙船の速度を低下させます。ブラント氏と彼の同僚達の骨の折れる仕事は、星間空間にできるだけ早くクラフト[宇宙船]を運ぶ一番いい場所(sweet spot)を見つけることです。

「その時が来ました、実際に実行できる展望があります」と、応用物理研究所の物理学者の、ラルフ・マクナット(Ralph McNutt)氏は述べます。「これまで、人々はこれをエンジニアリングの問題とは考えていませんでした。彼らは缶を蹴り飛ばし、『まあ、私達にはもう少し新しいテクノロジーが必要です』と、言っています。」

NASAの恒星間探査機は、ブレークスルー・スターショット(Breakthrough Starshot)などの、他の恒星間ミッションの提案と比較して、より控えめな目標を持っています。ブレークスルー・スターショットは、サムネイル・サイズのクラフト[非常に小さい宇宙船]を別の恒星に送ることが目的です。代わりに、NASAは50年間持続し、920億マイル－地球から太陽までの距離の約1,000倍－を移動する探査機を打ち上げたいと考えています。これを展望に入れると、ボイジャー1号(Voyager 1)とボイジャー2号(Voyager 2)が、星間空間に到達する唯一の宇宙船で、現在、地球から約130億マイル離れています。これらの宇宙船は、この距離をカバーするために40年近くかかりましたが、しかし、NASAの新しい恒星間探査機は、15年以内にそこになんとか到達できるかも知れません。

Breakthrough Starshot - Wikipedia

ボイジャー1号は2012年に星間空間に入り、ボイジャー2号は昨年[2018年に]太陽系を離れました。それらは惑星の探検家になるように設計されていました。つまり、それらは物理学者が星間空間を深く理解するために必要な多くの機器を備えていませんでした。 2つの宇宙船は豊富なデータを返した一方で、それらの星への旅は、答よりも遥かに多くの質問を提起しました。

物理学者にとって特に興味深いのは、太陽圏の性質で、それは太陽風からの圧力により持続した空間の泡です。太陽系圏(heliopause)として知られる太陽圏の半透過性(semipermeable)の境界を超えると、太陽に由来する粒子が少なくて、銀河の残りの部分から発出する粒子が優位を占めます。太陽系から星間空間への移行は、太陽圏自体の構造と同じくして、物理学者達にとって依然として大きな謎です。

「私達は泡の中に座って、それがどのような形であるかを理解しようとしています。これは極めて難しいです」と、ブラント氏は述べます。「星間探査機の独自性は、私達は外に出て、宇宙に住むことができる私達の小さな泡の写真を撮れることです。」

しかし、NASAの恒星間探査機は、私達の宇宙論の家の自撮り写真を撮るために、ただ振り返るだけではありません。また、不思議な塵のリングの黄道帯の雲[黄道光塵雲]をサンプリングすることもできます。それは、太陽圏の外側の領域に広がり、私達の太陽系の形成への手がかりを保持しています。この塵の雲を越えて移動することはまた、宇宙船に、宇宙で最も初期の銀河からの赤外線にアクセス[可能]を与えます、それ以外の場合は遮断されます。

ブラント氏はこう言います、恒星間探査機がそこに見つけるかも知れないことを正確に知ることは不可能です。しかし、太陽系を超えての特定の目的のためのミッションは、宇宙とその中の私達の場所の私達の理解を徹底的に変えるでしょう。未だに、世界中の科学者達からの関心にもかかわらず、このミッションがこれまでに開始される保証はありません。

2000年代初頭、応用物理研究所は、イノベイティブ・インターステラー探査機(Innovative Interstellar Explorer)と呼ばれたNASAの同様の研究を主導しました。それは、2018年までに太陽系を超えて探査機を打ち上げる目的でした。星間ミッションは、2012年の最新の太陽物理学の10年間の調査で多くの注目を集めましたが、ブラント氏は、次の総意だったと述べます。そのようなミッションに対して技術は準備できていませんでした。

Innovative Interstellar Explorer | Johns Hopkins University
A Decadal Strategy for Solar and Space Physics (Heliophysics) | National Academies

「全体の問題はずっと推力でした」と彼は述べます。「しかし、スペース・ローンチ・システム(SLS)では、これはもはや真実ではありません。これは現実であり、私達は2030年までにテクノロジーを準備したいです。」

もちろん、スペース・ローンチ・システム(SLS)は、発射台に着くのに独自の問題がありますが、しかし現在、民間宇宙会社は巨大なロケットを製造する事業を行っており、星間探査機は、いくつかのさまざまな乗り物から選べるのかも知れません。要点は、星間ミッションの技術は準備ができていることですし、そして宇宙科学者達の成長する代表団は、次のことを明らかにしました。彼らは、宇宙への次の巨大な一歩を踏み出すことを待ち続けていました。