軌道上製造から太陽系外惑星まで、小型衛星が大きな課題にどう取り組むか

ユタ州ローガン — ​​これまで宇宙に衛星を作った人は誰もいなかったが、アイダホ州の学生チームのおかげで、その状況はすぐに変わるかもしれない。

他のチームは、天の川銀河の周囲にある失われた質量源を探したり、地球外惑星にどれだけの致死的な紫外線が当たっているかを調べたり、火星を通過して赤い惑星の表面に降りてくる大型宇宙船を追跡したりするために、小型衛星を建造している。

これらは、先週末に AIAA / ユタ州立大学で開催された小型衛星 (SmallSat として知られています) に関する会議で詳しく紹介された科学実験のほんの一部です。

1辺が4インチ（10センチメートル）ほどの小型衛星の人気と性能向上により、SmallSatはますます注目を集めるようになりました。10センチメートルCubeSatの仕様は、工学部の学生による実験用ナノ衛星開発の標準化を目的として、1999年にカリフォルニア州立工科大学とスタンフォード大学によって策定されました。

当時、SmallSatはユタ州立大学で小規模なイベントでしたが、良い年には数百人の参加者を集めていました。それとは対照的に、今年の参加者数は、昨年の記録的な2,500人の学生、教師、研究者、そしてビジネスリーダーの参加を上回ると予想されています。

今週末のワークショップでのプレゼンテーションの多くは、姿勢制御システムをわずか数インチ幅の箱に小型化する方法など、超小型衛星の設計と運用に関する技術的な点に関するものでした。また、軌道に到達した衛星の20%以上が「到着時故障」に陥るという現状から得られた教訓に焦点を当てたプレゼンテーションもありました。

しかし、多くのプレゼンテーションは、キューブサットの野心的な科学的応用に焦点を当てていました。現在進行中または計画中の4つのプロジェクトをご紹介します。

メーカーサット

アイダホ州のノースウエスト・ナザレン大学の学生たちは、サンフランシスコに拠点を置くメイド・イン・スペースと協力し、幅4インチの衛星を開発しました。この衛星は、4種類の3Dプリンター用原料が宇宙空間でどのように反応するかを試験するものです。MakerSat-0は、昨年11月にカリフォルニア州ヴァンデンバーグ空軍基地からデルタ4ロケットの副次的ペイロードとして打ち上げられました。電力系統に問題があったにもかかわらず、衛星は質量損失率に関する有用なデータを提供しました。このデータは今後の実験に活用される予定です。

このプロジェクトは、国際宇宙ステーションで衛星のフレームを3Dプリントし、軽量電子機器を貨物船で打ち上げ、宇宙飛行士が完成した衛星を組み立てて軌道上に投入するという、製造システムの先駆者となることを目指しています。次に計画されているペイロードであるMakerSat-1は、「宇宙で製造される最初の衛星」になる可能性があると、プロジェクトリーダーの一人であるノースウエスト・ナザレン高校の4年生、コナー・ノガレス氏は述べています。

「より効率的な設計により、衛星の構造、そしておそらく衛星のより多くの部品を、はるかに軽量化できます」とノガレス氏は述べた。「当然、コストも削減できます。」

ハロサット

宇宙の大部分は、暗黒エネルギーと暗黒物質という形で、私たちにとって謎に包まれています。しかし、「通常の」物質にも何か問題があるようです。観測結果を宇宙の構成に関する有力な理論と照らし合わせると、物理学者たちは陽子や中性子といった粒子の形をとる宇宙のバリオン物質の30～40%を説明できません。

先月宇宙ステーションから軌道上に打ち上げられたHaloSatには、天の川銀河を取り囲む高温のハロー内の失われた物質の痕跡と思われるものを探すためのX線検出器が3つ搭載されている。

「このハローがどのような形状をしているのか、つまり、拡散しているのか…それとももっと凝縮しているのかについても、ある程度理解したいと考えています」と、アイオワ大学のHaloSatチームメンバーであるアナ・ザイチク氏は述べた。このX線の特徴は、失われた質量の大部分、あるいは全てが高温の銀河ハローによるものだという見解を裏付けるものとなるだろう。

スパークス

恒星・惑星活動調査キューブサット（SPARCS）は、幅3.6インチ（9センチメートル）の望遠鏡を使用して、赤色矮星としても知られるM型矮星からの紫外線放射を測定するように設計されているが、これは「まさに革命的」だとNASAジェット推進研究所のSPARCSチームメンバー、デビッド・アーディラ氏は語った。

このプロジェクトはアリゾナ州立大学の科学者が主導しているが、JPLのほか、ワシントン大学、アリゾナ大学、ローウェル天文台、サウスウェスト研究所の研究者も参加している。

SPARCSは、M型矮星からの放射線フレアを数週間にわたって追跡し、これらの恒星を周回する惑星の居住可能性を評価するためのデータを提供します。これは非常に重要な成果です。なぜなら、M型矮星は太陽系外惑星にとって豊かな環境であると考えられているからです。

「これまでに発生した最大のフレアはどれくらいでしょうか？エネルギーの大部分は高エネルギーのフレアにあるのか、それともごく一般的な小さなフレアにあるのか？」とアーディラ氏は述べた。「活動が何なのかを知らなければ…それが何を意味するのか理解できないでしょう。」

マルコ

キューブサットショーの主役は、MarCO-AとMarCO-B（別名EVEとWALL-E）です。これらはNASAのインサイト着陸機に同行し、11月の火星ランデブーに向けて飛行中です。MarCOは「Mars Cube One」の略で、1,850万ドルのピギーバックミッションは、キューブサットサイズの通信システムとスラスターシステムのテストを目的としています。火星を通過する際に、MarCO衛星はインサイトの突入、降下、着陸に関する進捗状況レポートを送信します。

MarCOチームのメンバーであるJPLのアン・マリナン氏は、衛星は火星への6.5ヶ月の航海の半ばを迎え、順調に機能していると述べた。意図しないデータリセットは発生しておらず、ミッションチームはMarCO-Bのスラスタバルブの漏れによる影響にも対処できている。「これまでに、探査機から数百メガバイトのデータをダウンリンクしており、その数は日々増加しています」とマリナン氏は述べた。

NASA初の惑星間キューブサットミッションは、11月のフライバイで終了予定となっているが、マリナン氏と同僚たちはミッションの延長を期待していると述べた。「予算、人員、そして関心」と彼女は述べた。「もしこれら全てがうまくいけば、MarCOミッションを可能な限り長く継続し、より多くのデータを収集し、故障のタイミングとその原因を解明したいと考えています。」

SmallSat カンファレンスはユタ州ローガンで開催中なので、GeekWire からの今後のレポートにご注目ください。