宇宙機向け新型ショックアブソーバーを開発

スイスの研究機関と宇宙関連企業が、ロケット打ち上げ時の激しい振動から衛星を守る新しいシステムを開発した。従来のゴムクッションやモーター式ダンペナーに代わり、フォノニック結晶というメタマテリアルを用いたペイロードアダプタが、これまでより効果的に衝撃を緩和できると考えられている。

ロケット打ち上げは非常に激しい加速環境である。衛星はペイロードアダプタという硬い機械的マウントでロケット本体に直接固定されており、この剛性の高さはロケット飛行中に衛星がぐらつかないようするには必要だ。だが同時に、この硬さこそが振動を効率的に伝達し、特に垂直方向の振動が衛星内部の精密部品、たとえば鏡やはんだ接合部にクラックを入れるリスクとなってきた。従来の対策として、巨大なゴム製クッションや電動式のダンペナーが試みられてきたが、これらは質量が増加するか、過去に宇宙でトラブルが報告されるなど問題を抱えていた。こうした課題を背景に、スイスの研究機関は全く異なるアプローチへの転換を決断した。

スイス連邦材料科学技術研究所（Empa）と宇宙サプライヤーのビヨンド・グラビティが採用したフォノニック結晶は、光を操る光子結晶と同じ原理で機械的波を制御・曲げ・遮断するメタマテリアルである。新しいペイロードアダプタのプロトタイプは、上下方向の鋭い衝撃を回転運動に変換し、その運動エネルギーをアルミニウムリングのセットへ転送することで、衝撃の力を低下させ、衛星内部システムへのストレスを大幅に軽減する仕組みだ。この変換プロセスを通じて、ロケット本体の激しい上下振動は、より緩やかな回転エネルギーへ逃されるわけである。

衛星は打ち上げ環境の過酷さに耐えるよう設計されているため、構造補強の必要性を減らせる技術は業界にとって大きな価値を持つ。補強材が減れば、ペイロード容量が増加し、打ち上げコストの削減か、衛星に搭載できる有用な機器の増加につながる可能性がある。また、薄型光学系や量子コンピュータセンサーなど、従来なら打ち上げ振動で破壊されていた極めて繊細な計測機器の搭載も現実的になる。宇宙ミッションの多様化と高度化が進む中で、こうした選択肢の拡大は無視できない進展だ。

現在、このシステムは特許申請済みで、コンピュータシミュレーションと実験室ベンチテストに合格している。だがNASA技術準備度レベル（TRL）でいうと4〜5の段階であり、実用化までには更なる開発ハードルが存在する。それでも、従来の機械的マウント方式に対する優位性は明らかであり、開発が順調に進めば、ペイロードアダプタ分野における新しい標準となる日は遠くないと考えられる。国内の部品・マウント関連メーカーにとっても、このような新技術トレンドへの対応が、今後の競争力を左右する要因になると予想される。

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