全速前進：NASAのサイキ、小惑星帯へ向けて加速

NASAの小惑星探査機サイキは、火星の重力を使った加速を終えた後、電気推進装置をほぼ連続運転に切り替えて、同名の金属質の小惑星へ向けて加速を続けている。2023年10月の打ち上げ後の航行では推進装置を断続的に使い、火星の重力を推進剤の節約につながる加速と軌道の微調整に利用してきた。9月28日からは週に1度の地上との交信のための休止を除いて推進装置を動かし続けており、2029年夏に小惑星帯の小惑星サイキと会合する計画を維持している。

この推進方式は、化学推進のように大量の燃料を一度に噴射して短時間の強い推力を得るものではない。太陽光で発電した電力を使い、希ガスのキセノンをイオン化して噴射するホール効果推進で、最大でも250ミリニュートンという小さな推力を長時間かけて積み上げる。キセノンは約1090キログラムを七つの燃料タンクに搭載し、打ち上げから3年で約3分の1を消費した。残りは小惑星に到着後、約2年間の本格的な科学観測を支えるだけの量があるとされる。また、噴射されるイオンの旋回によって生じる微小なトルクを反作用ホイールで吸収し、一定時間ごとに別のスラスターで運動量を解放する運用が必要になる。地上では測定しにくいこの効果を、長期間の宇宙運用で計測できる点も技術的な知見として注目される。

今回の記事から読み取れるのは、電気推進を長期間使うためには、太陽電池の出力低下に合わせて推力を当初の全力から約半分まで下げていくといった、電源と推進を一体で管理する設計と運用が欠かせないということだ。深宇宙探査では推進剤の搭載量と航行時間が探査機の能力を左右するため、電気推進の長期実証は今後の探査計画の設計に影響を与える可能性がある。科学的には、サイキが惑星の原始的な核の一部だと考えられており、その内部を直接調べられれば、地球のような岩石惑星の内部構造を知る手がかりになると期待されている。

日本の製造業の視点では、この種の探査機に関わる部品への関心が高まる余地がある。ホール推進器の放電室や磁気回路を構成する部材、キセノンの貯蔵・供給系に使われるバルブや配管、大面積の太陽電池パネルを支える構造体、そして反作用ホイールの軸受けや精密機械加工などが関係しうる。記事は個別の部品メーカーや調達については触れていないため、あくまで一般的な技術領域としての話である。ただ、微小な推力や運動量の制御を求められる機構は高い寸法精度と安定性が要求されるため、精密加工や計測技術を持つ国内の部品サプライヤーにとっては、参入を検討する手がかりになり得ると考えられる。

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