人間の毛髪より薄い「膜型宇宙船」でスペースデブリを捉える試みが進行中

人類の宇宙開発に伴って発生したスペースデブリ(宇宙ごみ)は、地球を周回する人工衛星や国際宇宙ステーションなどに大きな被害を与える可能性がある物体として危険視されています。そんなスペースデブリを、人間の髪の毛の太さよりも薄い薄膜を使って捉えるという宇宙船「Brane Crafts」で地球の大気圏に落とそうという研究が進められています。

Brane Craft Proposal Wins 2017 NASA Innovative Advanced Concepts Phase II Award | The Aerospace Corporation
http://www.aerospace.org/news/highlights/brane-craft-proposal-wins-2017-nasa-innovative-advanced-concepts-phase-ii-award/

This spacecraft is thinner than a human hair and can capture space debris | Popular Science
http://www.popsci.com/space-debris-clean-up-spacecraft

宇宙空間には、主にこれまでに人類が打ち上げた宇宙船などから発生するスペースデブリがまん延している状態です。小さなものでは宇宙船の船体に使われていたボルトが外れたものや、塗装のかけら、そして大きいものでは打ち上げに使われたロケット本体など、さまざまな大きさのゴミが地球のまわりを回っており、把握できているだけでもその数は2016年7月の段階で1万8000個にも及ぶことがわかっています。

スペースデブリの厄介な点は、放っておけばいつまでも地球のまわりを回り続けているところにあります。しかも、国際宇宙ステーションなどとほぼ同じ時速28万km、秒速だと約7.6km程度で移動しているため、たとえ小さな破片であっても衝突時には大きなダメージを与えます。これまでにも、宇宙船の外殻が大きく凹んだり、太陽光パネルが損傷したり、宇宙船の窓ガラスに大きなヒビが入ったりする事故が発生しているとのこと。

Brane Craftsは、そんなスペースデブリを風呂敷のように包み、地球に落下させて大気圏に突入させることで燃やしてしまうという「宇宙船」です。宇宙船とはいえ、Brane Craftsには操縦席も格納庫もなく、あるのは厚さわずか10ミクロンという薄い膜でできた90cm四方の船体と、その膜の上に形成された太陽光パネル、船体の動きを制御するコンピューターのみとなる予定です。

膜には2種類の金属を利用した「筋肉」のような機構も取り入れられるとのこと。電位差によって生じる金属の収縮を利用することで、スペースデブリを捉えたときに逃がさないように包み込みます。そうしてスペースデブリを捉えたら、Brane Craftsは2枚の膜でできた船体の間に封入された液体燃料を噴射装置から噴射することで推力を発生させ、飛行速度を落とすことで徐々に高度を落とし、10日間かけて地球の大気に突入させることでゴミを燃やしきってしまいます。

Brane CraftsはNASAが主催するNASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)のフェーズ2で最優秀に選ばれた計画で、立案者のThe Aerospace Corporationには50万ドル(約5400万円)の開発資金が贈られています。

NASA Invests in 22 Visionary Exploration Concepts | NASA

Brane Craftsは1枚あたりの重量がバナナ一個分ほどしかない上に、非常に薄い構造となっているため、複数をまとめてロケットで打ち上げることで、コストを削減することも可能になるとのこと。通常、小型衛星の「キューブサット」をロケットで打ち上げるためには25万ドル(約2700万円)の費用がかかりますが、Aerospace Corporationで計画を率いるSiegfried Janson氏はこのコストを5000ドル(約54万円)にまで下げたいと考えています。

しかし、その特徴的な構造のために、解決しなければならない課題も残されています。宇宙には強い宇宙線が飛び交っており、これが電子機器に悪影響を与えるのですが、薄い膜しか持たないBrane Craftsに搭載される電子機器を守るための装置をいかにして実現するのかは現段階では未定とのこと。また、スペースデブリと速度を合わせることで徐々に近づいて補足するとはいえ、極めて速い速度で飛行しているスペースデブリを捉えた際に十分な強度が確保されるのかも重要なポイント。また、非常に小さくて未知のスペースデブリに衝突された際に破れずに済むかどうかの確認も必要となります。

スペースデブリ対策としてはこれ以外にも、地上から強いレーザー光を照射することでスペースデブリにブレーキをかけ、徐々に高度を落として大気圏に落下させるというものも考えられていますが、これは軍事目的に転用される可能性も指摘されています。Brane Craftsのメリットは、上記のコスト面などの他にも、地球以外の活動地域でも同様の効果が期待できる点にあるとのこと。将来、人類が火星で活動するようになった時に発生したスペースデブリの回収に役立てることが可能になります。また、モノをつかんで捉えることができるという特性を活かして、小惑星探査のための道具にも活用できる可能性を秘めているとのことです。