なぜ人工衛星は「クリーンルーム」で製造されなければいけないのか？

半導体の製造やバイオテクノロジーの研究などには、空気清浄度が確保されたクリーンルームが必要になります。人工衛星の製造にもクリーンルームが必要なのですが、なぜ人工衛星の製造にクリーンルームが必要であるのか、どれほどの清浄度が保たれているのかなどを、宇宙テクノロジー企業のCOHB SEが解説しています。

Sparkling clean! - Why satellites are manufactured in clean rooms
https://www.ohb.de/en/magazine/sparkling-clean

人間は1時間あたり最大60万個もの皮膚片を体から落としており、健康な人であれば毎日70～100本の髪の毛が抜けているといわれています。また例えば家庭であれば衣類・布張りの家具・カーペットの摩擦により細かな繊維がほこりとして生み出され、窓を開けて換気した際には花粉や街路のほこりが入りこみます。このように、人が活動している部屋には必ずほこりが発生するとのこと。

人工衛星はいったん宇宙に打ち上げられると整備ができなくるため、製造の過程でついたわずかな汚れも誤作動の原因となります。たった1つのほこりの粒子が人工衛星の周回を妨害することすらあるとのこと。また宇宙では一般的な潤滑油が使えないため、ほこりが原因で人工衛星の機構がうまく動かなくなってしまうという問題があるほか、センサーに汚れが付着すると機器の用途が果たせなくなることも。これらの問題を回避するために、人工衛星はクリーンルームでの製造が必要になります。

しかし、一口にクリーンルームといっても、その清浄度にはレベルがあります。クリーンルームの清浄度は空気1立方メートルあたりの粒子数で測定され、以下のようにISO 1からISO 9まででレベル分けされます。最も清浄度の高いISO 1は0.1マイクロメートルの粒子がわず10個しか存在しない状態です。

しかし、ISO 1よりも清浄度の高いクリーンルームも存在します。世界で最も清浄度の高いクリーンルームはドイツにある生産技術・オートメーション研究所のクリーンルームであり、空気1立方メートルあたり0.1マイクロメートルの粒子が1個しか含まれていません。これはISO 1のクリーンルームの10倍も清浄度が高いことを意味します。この部屋では半導体や医療機器など、ISO 1環境で使用されるデバイスやシステムのテストが行われます。

清浄度を保つため、クリーンルームは必要最低限しか外界と接触しません。常に同じ環境を維持するため、気圧・温度・湿度などは全てコントロールされ、外気の影響を受けないとのこと。換気は特別なフィルターシステムを通じて行われ、人はエアロックを通じて出入りします。

そんなクリーンルームでは、発生する汚染の3分の1以上が人間に由来するもの。クリーンリームでは衣服自体が粒子の発生源となるため、出入りする人はポリエステルなどの合成繊維で作られた特別な服を着用することが求められます。また合成繊維は帯電して粒子を吸着しやすいため、帯電防止処理が施されているとのこと。これはクリーンルームにある製品が意図的ではない放電で損傷するリスクも減らしてくれるとのこと。

また衣服と同様にクリーンルームで使用される道具も特別仕様になっており、例えばペンは汚れのリスクが少ないインクと、密閉されたスリーブで構成されています。壁に使われている塗料も粒子の放出が少ないものであり、床は接合部が少なくて済むよう合成樹脂で作られているとのことです。