NASA's SkyFall Mars helicopters will feature a revolutionary antenna design

NASAは火星の浅い氷層を検出するため、革新的な布ベースのアンテナを採用した地中探査レーダーを開発し、テストに成功した。火星探査ヘリコプター「SkyFall」に搭載されるこのアンテナは、従来の硬いアンテナ設計では実現不可能な低高度飛行を可能にする。

SkyFallは3機のヘリコプター（1機大型、2機小型）で火星表面の氷資源を探索する計画だ。将来の有人ミッションに必要な水源の確保が課題となる中、衛星観測では数十メートル下の大規模な氷床は検出できるが、宇宙飛行士が容易にアクセスできる5メートル以下の浅い氷層は見つけられない。地中探査レーダーで周波数500～2,500メガヘルツの信号を地中に送信すれば、浅い層の氷と乾燥土壌の境界を詳細に映像化でき、アクセス可能な水源の分布と深さを正確に把握できる。このアプローチにより、宇宙飛行士が火星着陸後に採取可能な水資源を効率的に特定できる。

しかし従来のアンテナ設計は約48センチメートルという大きさが必要で、SkyFallヘリコプターが飛行する高度15センチメートルでは使用不可能だった。開発チームはビバルディアンテナという平面的な曲線形状を選択し、シート金属やプリント基板、金属加工された布地で製造できるように工夫した。火星の乾燥した砂塵が地球の土壌ほど電波を遮断しないという特性を活かして、さらなる小型化を実現することができた。着陸時にはアンテナがヘリコプターの脚より約1.5倍長いため折り曲がり、飛行中は元の形に戻る必要がある。SkyFallは火星での探査を実施する過程で数十回の飛行を予定しており、反復的な応力に耐えながら飛行中の形状を保つアンテナを開発することが必須だった。

耐久性を確保するため、アンテナはポリエステルで被覆され、火星探査ローバーのスピリットとオポチュニティの着陸エアバッグに使用されたベクトランという素材で多層保護された。さらにグラスファイバー製のテープスプリングと軽量なマグネシウム製の支持構造が追加された。JPLの環境試験施設では、アンテナプロトタイプを様々な方向に折り曲げて複数の着陸を模擬し、火星の日夜の温度変化に曝した。その後、電磁試験チェンバーで信号の送受信能力に影響がないことを確認した。火星の重力の2倍以上の条件下でも、主ミッション要件の200回の着陸の2倍以上に耐えられることが実証された。

この技術開発は火星での資源探査という人類の長期的な宇宙進出戦略における基礎段階を支えるものだ。同時に、柔軟性アンテナ技術は地球上の土壌調査やインフラ診断など他分野への応用も考えられる。日本の部品・素材サプライヤーにとって、こうした航空宇宙技術の要求仕様は、自社の技術開発の方向性を指し示す重要な指標となり得る。ベクトランのような耐久複合材料、軽量で高い剛性を持つマグネシウム製部品、反復使用に耐える金属加工工程など、SkyFallで実証された技術要素は今後の火星ミッションおよび他の宇宙探査プログラムで標準化される可能性があり、その過程で日本の製造能力が求められることになるだろう。

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