ブログ

Jul 08, 2023

宇宙トラクターのビームは科学のものではないかもしれない

1 giugno 2023 Questo articolo

2023 年 6 月 1 日

この記事は、Science X の編集プロセスとポリシーに従ってレビューされています。 編集者は、コンテンツの信頼性を確保しながら、次の属性を強調しました。

事実確認済み

信頼できる情報源

校正する

コロラド大学ボルダー校ダニエル・ストレイン著

2009 年 2 月 10 日、シベリア半島数百マイル上空で災害が発生しました。 その夜、地球を周回中のロシアの消滅した衛星が、時速数千マイルの速度で移動するイリジウム33と呼ばれる通信衛星に衝突した。 両方の宇宙船が爆発して破片の雨を降らせ、1,800以上の破片の塊が世界中に渦巻き状に飛び散りました。

他の宇宙船（または人間）に被害はありませんでしたが、多くの航空宇宙技術者にとって、この出来事はこれから起こることの予兆でした。 どうやらスペースが混雑してきたようだ。

NASA は現在、ソフトボール大以上の破片約 23,000 個の塊が宇宙空間を渦巻いていると推定しています。 こうしたジャンクのすべては、イリジウム 33 を破壊したような衝突が再び起こる可能性が年々高まっていることを意味します。今回だけは、その影響はさらに悪化する可能性があります。

「スペースデブリの問題は、一度衝突すると、さらに多くのスペースデブリが生み出されることです」と、ボルダー大学で航空宇宙工学を学ぶ博士課程の学生、ジュリアン・ハンマール氏は言う。 「別の衝突を引き起こす可能性が高まり、さらに多くの破片が発生することになります。カスケード効果があります。」

ハメルルとハンスペーター・シャウブ教授率いるチームは、こうしたカスケードが始まる前に阻止する計画を立てている。 研究者らは、SF の中で最も古い比喩の 1 つである、宇宙船エンタープライズが小惑星を安全に移動させるために使用しているようなトラクター ビームを利用しています。

想像してみてください。そう遠くない将来、小型宇宙船の艦隊が地球の周りを旋回し、地球の周りを回る静止軌道上で死んだ金属の塊と合流する可能性があります。 そして、これらのスペースゴミ収集車は、「電子ビーム」と呼ばれる装置を使用して、その破片に触れることなくゆっくりと安全な場所まで運びます。これはすべて、乾燥機で靴下がズボンにくっつくのと同じ種類の物理学を利用することによって行われます。

「私たちは引力または反発する静電力を作り出しているのです」とアン・アンド・H・J・スミード航空宇宙工学科学部のショーブ教授は語った。 「スタートレックに登場するトラクタービームに似ていますが、それほど強力ではありません。」

まず、シャウブと彼の同僚は、最近の多くの研究で説明されている一連の課題を解決する必要があります。 たとえば研究者らは、地球周囲の驚くほど複雑な環境を再現するために新しい施設を利用している。 彼らはまた、トラクタービームがいつか地球と月の間の宇宙領域から​​どのようにして破片を除去するかに焦点を当てている。

「宇宙の物体に触れるのは非常に危険です。物体は非常に速く移動しており、しばしば予測不可能です」とシャウブと一緒に研究している博士課程の学生、ケイリー・チャンピオンは語った。 「これにより、宇宙船を整備するためのより安全な道が数多く開かれる可能性があります。」

チャンピオンとその仲間の研究者たちは現在、大学東キャンパスのフラットアイアンズを望む研究室からその道を探索している。

数人の学生がウィスキー樽ほどの大きさの円筒の周りに集まります。 厚いステンレス鋼の層でできており、内部を覗く舷窓のような窓がいくつか付いています。 この真空チャンバーは「プラズマと宇宙船間の相互作用のための静電気帯電実験室 (ECLIPS)」と呼ばれ、現在その基部が開放されています。 しかし、モーターのブーンという音とともに、シリンダーはゆっくりと下降し、最後にクランプで閉じられます。

間もなく、ポンプがチャンバーの減圧を開始します。 およそ 1 日後には、ボルダーの真ん中にある小さな空間の中に空気が残らなくなります。 シャウブと彼のチームはこの部屋を自分たちで設計したもので、国内の他の研究施設とは異なります。

このミニチュアの空間は、静電トラクターを使ったグループの実験の中心的な役割を果たしています。 内部では、グループは地球の周囲の環境を再現することができます。地球は空ではなく、プラズマと呼ばれる自由電子と荷電原子の薄いガスに満ちています。 同グループは、金属製の立方体やより複雑な形状を使用して、このチャンバー内の破片をシミュレートすることもできます。

現在、研究者らは、シャウブが宇宙で「高価な不動産の区画」と呼んだ状況を再現しようとしている。

地球の静止軌道 (「GEO」) は、イリジウム 33 が終焉を迎えた地球低軌道 (「LEO」) からは遠く離れた、惑星の表面から約 22,000 マイルの地点で始まります。 そこでは、これまでに建造された中で最も高価な衛星のいくつかが見つかります。スクールバスほどの大きさに達し、重量が 1 トンをはるかに超える軍事宇宙船や通信宇宙船です。

「GEOは宇宙のベルエアのようなものです」とシャウブ氏は語った。

こちらも混雑してきております。 技術者らは、人工衛星が押し込める可能性のある静止軌道上のパーキングスポットが約 180 か所あると推定している。 それらはすべて所有権を主張されているか、すでに占領されています。

シャウブ氏は、トラクタービームを使えば古い宇宙船を邪魔にならない場所に安全に移動させ、次世代の衛星のためのスペースを作ることができるかもしれないと述べた。

ハンマールにとって、この研究プロジェクトは、故郷オーストリアのウィーンで学生だった頃には夢にも思わなかったものです。 ハメルルは学部時代に機械工学を学びましたが、宇宙探査への情熱を追求するためにボルダーに移り、大学院を目指しました。 (オーストリアには独自の宇宙計画はありません。)

彼が到着したとき、この何もないように見える空間がどれほど複雑であるか、まったくわかりませんでした。

同氏は、簡単に言えば、チームの「静電トラクター」のコンセプトは、風船を頭にこすり付けて髪の毛を逆立てるようなものだと説明した。 まず、整備船が約 15 ～ 25 メートル (49 ～ 89 フィート) の距離から遺棄衛星に接近し、電子ビームで衛星を攻撃します。 これらの電子はスペースデブリにマイナスの電荷を与え、サービサーをよりプラスにします。

格言にあるように、反対のものは引き寄せられます。

「その引力を使えば、基本的には触れることなく破片を引き離すことができる」とハンマール氏は語った。 「これはいわゆる仮想テザーのように機能します。」

それも効果があるようです。 ECLIPSとコンピュータモデルでの実験に基づいて、研究者らは、静電気牽引車が数トンの重さの衛星を2～3か月で約200マイル牽引できると計算した。 これは遅いペースだが、本質的に美化された文鎮を貴重な軌道スロットから取り除くには十分だ。

科学者らは、軌道上からデブリを除去するための別の戦略、例えば銛を使って軌道に乗った衛星を掴むなどの方法を提案している。 しかし、これらのアプローチはすべて、ジャンクと直接接触する必要があります。

しかし、実際に宇宙でトラクタービームを使用するには、複雑な問題がたくさんあります。

まず、廃止された衛星は通常、静止しておらず、宇宙空間を激しく転がり落ちることもあります。 シャウブと彼の学生らは研究で、安定したビームではなく電子のリズミカルなパルスをこれらの金属の塊に当てると、潜在的に衛星の回転を遅くすることができ、衛星を安全に引き離したり、近づいたりすることができることを示した。修理をするため。

研究チームはまた、現在は破片がほとんど存在していないが、これからさらに忙しくなる宇宙領域、つまり「シス月」宇宙、つまり地球と月の間の領域について考え始めている。 ここでは、状況が非常にワイルドになる可能性があります。

チャンピオン氏は、太陽は太陽風と呼ばれるほぼ一定のプラズマ流を放出していると説明した。 地球の保護磁場の外では、そのプラズマ環境は予測不能になる可能性があります。 急上昇する車両は、プラズマの流れを乱し、まるで水面をかすめる帆船のように、背後にイオンの後流を生成する可能性があります。 これらの航跡は、静電トラクターの性能に影響を与える可能性があります。

「それがこのテクノロジーを非常に挑戦的なものにしているのです」とチャンピオン氏は語った。 「地球低軌道、静止軌道、月周回ではプラズマ環境が全く異なります。それに対処しなければなりません。」

まさにそれを実現するために、チャンピオンと研究室のメンバーは、チャンバー内にアルゴン イオンの高速移動流を生成できる装置である「イオン銃」を ECLIPS に追加しました。

彼女は、自分の研究がいつか、アルテミス計画を通じて人類を月に送り返し、そしてそこからさらに遠くへ送り届ける NASA の取り組みに役立つことを願っています。

「人類を月に戻せれば、それは火星への旅への足掛かりとなる」とチャンピオン氏は語った。

シャウブ氏は、宇宙トラクターのビームは長くはSFの話ではないかもしれないと指摘した。 適切な資金があれば、彼のチームはわずか 5 ～ 10 年以内にプロトタイプの静電トラクターを宇宙に打ち上げる準備が整うと彼は予測しています。

「この技術の興味深い点は、同じ整備船がその寿命の間に2、3個、さらには数十個の物体を移動できることです。これにより、コストが大幅に削減されます」とシャウブ氏は述べた。 「ゴミの移動に10億ドルも費やしたい人はいないでしょう。」

コロラド大学ボルダー校提供