ESA、人工衛星の計画的大気圏再突入を実施

masapoco
投稿日 2023年7月31日 15:40
ADM Aeolus

欧州宇宙機関(ESA)は、人工衛星のひとつを人口密集地に落下しないように誘導した上で地球大気圏に再突入させ、使命を終えた衛星をミッション終了後に廃棄する新しい方法を実証した。これは、近年問題になっている「スペースデブリ(宇宙ゴミ)」に対する有効な回答の1つとなりうるものだ。

衛星「ADM-Aeolus」は、風のパターンを分析する目的で2018年8月、3年間のミッションのために打ち上げられた。この衛星の仕事は、ALADINとして知られる高度な紫外線ライダーを使って、大気中のあらゆる場所の空気の動きを追跡することだった。風速をモニターする方法はたくさんあるが、そのほとんどは大気圏内にいなければならない。ADM-Aeolusが特別だったのは、真空の宇宙空間から地球の広範囲を調査し、気象予測を改善し、気候科学者にデータを提供できたからだ。

Aeolusミッションが構想された1990年代後半、ヨーロッパの衛星にはスペースデブリや再突入の安全性に関するガイドラインはなかった。ADM-Aeolusは発射台まで20年近くかかり、約5年近く間宇宙で運用された。将来のESAの衛星は、ロケットエンジンが宇宙船を特定の海域に向かわせたり、空気力学的な加熱で燃え尽きるように設計された、目標再突入が可能である必要がある。

ADM-Aeolusは20年前に設計されたため、このような基準を満たす必要はなく、衛星はピンポイント再突入を狙える推進システムを持っていなかった。エンジニアたちは当初、衛星の燃料が尽きたら自然に大気圏に再突入すると考えていた。だが、極軌道にあったため、ADM-Aeolusはほぼどこにでも落下する可能性があった。ESAは、宇宙船の約20%が再突入の灼熱の温度で生き残り、地表に到達すると予想していた。

ESA関係者は、衛星のタンクにまだガスが残っていた4月、宇宙からの風を測定するADM-Aeolusの科学ミッションを終了することを決定した。

ESAのHolger Krag安全局長は、金曜の最終再突入マヌーバの前に、「我々がここでやっていることは非常にユニークです。宇宙飛行の歴史上、このような例はありません。70年代後半のスカイラブ宇宙ステーションの再突入は、姿勢を変えることで(大気抵抗に)さらされる面積を変え、再突入をアシストしたものです」と、述べている。

NASAは、宇宙船が地球に落下する場所を制御するためにスカイラブを制御したが、76トンの宇宙ステーションの破片は、1979年に大気圏に再突入したときに西オーストラリアに散乱した。1979年当時のNASAの努力は、「今日の我々よりもはるかに低いレベルの制御」であったとKrag氏は言う。

ESAの地球観測担当ディレクターであるSimonetta Cheli氏は、「我々は、今日ある最高の基準でこれを行なっている」と述べた。

Krag氏は、ESAが他の宇宙機関や民間企業にとって、スペースデブリや制御不能な再突入の危険性の問題に取り組む “ロールモデル”になることを望んでいると語った。ESAは2026年にスイスの企業と提携し、軌道上の宇宙ゴミの除去を実証するミッションを計画している。

約5年間のミッションの間、ADM-Aeolusは高度約320キロメートルの極軌道を飛行した。ADM-Aeolusは、搭載された高性能レーザーを使って世界中の風速を測定した先駆的な地球科学ミッションであり、ESAとヨーロッパの気象衛星機関Eumetsatが、10年後の打ち上げを予定しているAeolus2と呼ばれる後続ミッションの打ち上げを計画しているほど成功した。

ADM-Aeolusは当初、科学技術実証ミッションとして設計されたが、その全球風観測データが非常に貴重であることが証明され、衛星打ち上げ前には予想もされていなかった数値気象予報モデルの運用に組み込まれることになった。このミッションは、2018年に欧州のヴェガロケットで打ち上げられるまで何年も延期され、衛星の宇宙ベースのレーザー計測器の開発における課題から、”不可能なミッション”と呼ばれるようになった。

ESAは4月、5億ドルを超えるミッションを中止し、衛星を降ろす準備をした。ADM-Aeolusは4つの段階のうち最初の段階では、高度280kmまで減衰させられた。その後、スラスターを使って高度を250kmまで下げ、その間にESAのエンジニアは、宇宙船が大きな低高度マヌーバをどの程度こなせるかを評価した。

第2段階では、ADM-Aeolusは5日間かけて4回のマヌーバを行い、高度を150kmまで下げた。第3段階では120kmまで高度を下げた。この後、フェーズIVに移行し、デブリの飛散による爆発のリスクを最小限に抑えるため、スラスターの燃料とバッテリーの液体が噴射された。

ESAによると、フェーズIVが完了すると、ADM-Aeolusの電源は切られたため、宇宙機関が追跡するための無線トランスポンダは存在しなかった。しかし、TIRAレーダーは、ADM-Aeolusが予測された軌道を維持していることを示した。米宇宙司令部はその後、衛星が2023年7月28日午後9時(中央ヨーロッパ標準時)に南極大陸上空で燃え尽きたことを確認し、ミッションは無事終了となった。


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