NASAのCASALS装置、地表の3次元地図の空白を埋める

NASAのゴダード宇宙飛行センターの研究チームが、レーザーによる地表観測の隙間を埋める新型ライダー装置CASALSを開発した。可動式の鏡を使わず、レーザーの波長を変えて光の向きを振り分けることで、地表を連続した3次元の帯として描ける点が特徴である。

ライダーはレーザーを照射し、戻ってきた光から地形や植生の高さを測る装置である。従来の宇宙搭載型は観測点が線状に並ぶため、軌跡の間に測定されない領域が残っていた。CASALSは中心波長1040ナノメートルの種レーザーを使い、256種類の波長を高速に切り替えながら、回折格子と呼ばれる微細な凹凸を持つ光学部品を通す。波長によって光の曲がる角度が異なるため、各パルスが飛行経路上の別々の位置に振り分けられる仕組みだ。検出器の量子効率は80%とされ、暗い表面や密な植生からでも弱い反射光を拾えるという。2024年11月には航空機B200キングエアに搭載された空中プロトタイプが飛行し、初回の観測から科学的に使えるデータを得た。高度約5キロメートルから、22センチメートルの水平分解能で枝や地形の微小な起伏を識別できたと報告されている。次は2027年夏の空中観測キャンペーンASCENTでの再飛行が予定されている。

宇宙産業にとって、この方式の意味は連続した3次元データを取得できる可能性にある。線の間を補間に頼らずに済めば、森林の構造や地形変化の把握精度が上がると考えられる。弱い反射光を拾えることは、暗い地表や植生の濃い地域でも観測が途切れにくくなることを意味し、これまで捉えにくかった対象の把握にもつながる可能性がある。また、可動部を減らすことで装置の大きさや重量、消費電力を抑えられ、振動や温度変化の厳しい宇宙環境での信頼性向上にもつながる可能性がある。記事は、宇宙搭載型として初めて地表を連続した3次元の帯で観測するライダーになりうると述べている。ただし宇宙版の実現には観測幅の拡大と、搭載用のデータ処理ソフトの追加が必要であり、実用までには段階があると見るのが妥当である。

日本の製造業の視点では、微細な凹凸を持つ回折格子などの光学部品の精密加工、高い量子効率を実現する受光素子、波長を安定して切り替えるレーザー光源などが関わりうる領域と考えられる。とりわけ、わずかな形状の違いが光の振り分けに影響する部品は、高い加工精度と検査体制が求められる分野である。可動機構が減ることは、モーターや駆動部品に対する需要の構造が変わる可能性を示すとも読める。一方で、記事には調達先や国内企業の関与は示されておらず、ここに挙げた関わり方は一般論にとどまる。次の開発段階で部品の仕様や供給体制が明らかになるかを注視する価値がある。

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