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
科学者チームが、火星やその先へ航行可能な太陽帆（ソーラーセイル）の開発にエアログラファイト（航空黒鉛）を使用する可能性を研究していると、 Interesting Engineeringが9月27日に報じた。このソーラーセイルは、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、太陽からの光子（光線）のみの推進力を利用して、小型キューブサット衛星の軌道を2マイル（3.2km）上昇させた。Acta Astronautica誌に掲載されたこの研究では、科学者たちがエアログラファイト製のソーラーセイルを用い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。
この研究において、プロジェクトチームは、エアログラファイト製のソーラーセイルの速度をシミュレーションしました。720グラムのエアログラファイトで構成された質量1キログラム、断面積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、太陽風の影響がなくなる地点であるヘリオポーズと呼ばれる火星および星間空間に到達する速度を測定しました。研究者たちは、それぞれの飛行において、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ました。
火星および太陽圏境界への直接的な外向き転送方式では、ソーラーセイルを展開し、地球を周回する極軌道から打ち上げます。内向き転送方式では、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）の距離まで運ばれます。その後、ソーラーセイルは展開され、火星または星間境界への旅を開始します。
研究チームは、直接外向き遷移方式を採用すれば、ソーラーセイル宇宙船は26日で火星に到達できることを発見しました。内向き遷移方式を採用すれば、赤い惑星に126日で到達します。太陽圏への旅程については、内向き遷移方式では5.3年、外向き遷移方式では4.2年かかります。外向き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、太陽圏への到達はより早くなります。外向き遷移方式では、最高速度に達するまでに2年かかります。
科学者たちのシミュレーションにおけるソーラーセイルが遠隔地へ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あり、チームリーダーを務めるユリウス・カーラップ氏は、「エアログラファイトは0.18 kg/m³という低密度で、従来のソーラーセイル素材を凌駕する性能を発揮します」と述べている。
「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。
高速であるにもかかわらず、ソーラーセイルは火星や深宇宙へ運ぶことができるペイロードはごくわずかです。例えば、ブレイクスルー・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送り込むことを目指しています。
An Khang （ Interesting Engineeringによると）
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