太陽帆のおかげで宇宙船は26日で火星に到達できる

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科学者チームは、航空黒鉛で作られた太陽帆を使って火星と恒星間空間への旅をシミュレーションし、素晴らしい結果を得た。

ライトセイル2のソーラーセイルのシミュレーション。写真：惑星協会 — ライトセイル2のソーラーセイルのシミュレーション。写真：*惑星協会*

科学者グループが、火星やそれ以降の惑星まで航行可能な太陽帆の製作に航空写真素材を使用する可能性を検討していると、 Interesting Engineeringが9月27日に報じた。太陽帆は、非営利団体Planetary SocietyのLightSail 2ミッションによって初めて宇宙でテストされた。このミッションでは、太陽から発せられる光子、つまり光線の推進力のみを使用して、小型のCubeSat衛星の軌道を2マイル（3.2km）上昇させた。学術誌「Acta Astronautica」に掲載された研究には、科学者らが航空写真式太陽帆を使って火星や恒星間空間への飛行をシミュレーションした方法が詳述されている。

この研究では、プロジェクトのチームは、航空黒鉛で作られた太陽帆の速度をシミュレーションした。彼らは、質量1キログラム、720グラムの航空黒鉛で構成され、断面積が104平方メートルのソーラーセイル宇宙船をシミュレーションしました。彼らは、太陽帆が火星や太陽風の影響が感じられなくなる地点であるヘリオポーズと呼ばれる星間空間に到達できる速度を測定した。研究者らは、それぞれの飛行について、地球からの直接外向き遷移と内向き遷移と呼ばれる2つの異なるルートをシミュレーションした。

火星および太陽圏境界への旅のための直接外向きの移行方法では、太陽帆を展開し、地球の周りの極軌道から離脱します。内向き遷移方式の場合、ソーラーセイル宇宙船は従来のロケットで太陽から0.6天文単位（AU）の位置まで運ばれます。その後、ソーラーセイルが展開され、火星または恒星間境界への旅が始まります。

研究チームは、直接外向きの移行方式を採用すれば、太陽帆船が26日で火星に到達できることを発見した。内向き通過方式を採用した宇宙船は、126日で赤い惑星に到着する。太陽圏への旅では、内向き遷移方式では 5.3 年かかり、外向き遷移方式では 4.2 年かかります。外向きの遷移方式では展開までに 103 日間の移動が必要ですが、ソーラーセイルは 300 日で最高速度に達するため、太陽圏に早く到達します。将来を見据えた方法では、フルスピードに到達するまでに 2 年かかりました。

科学者のシミュレーションにおける太陽帆が遠隔地に高速で到達できる理由の大部分は、エアログラファイトという素材によるものだ。ドレスデン工科大学の研究助手でチームリーダーのユリウス・カルラップ氏は、「エアログラファイトは密度が0.18kg/m3と低く、従来のソーラーセイルの素材をすべて凌駕する性能を持っています」と述べた。

「例えば、マイラーと比べると、密度は数倍も低くなります。ソーラーセイルの推力がセイルの質量に直接依存すると仮定すると、結果として推力ははるかに高くなります。加速性能の利点に加えて、エアログラファイトの機械的特性も非常に興味深いものです」とカーラップ氏は語る。

非常に高速であるにもかかわらず、太陽帆は火星や深宇宙にごく少量の貨物しか運ぶことができません。たとえば、ブレークスルー・スターショット計画では、20年以内に最も近い恒星系であるアルファ・ケンタウリに超軽量カメラを届けることを目指しています。

An Khang （ Interesting Engineeringによると）

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