Artemis 1 cubesats: NASA が月に向かう 10 個の小型衛星

アルテミス 1 ミッションでは、10 機の革新的なキューブサットが宇宙に打ち上げられます。

2022年8月29日に打ち上げ予定のアルテミス1号ミッションの一環として、これまでに建造された中で最も強力なロケットであるスペース・ローンチ・システム(SLS)が、人間が作ったどの宇宙船よりもさらに遠くまでオリオン宇宙船を発射しようとしている。宇宙飛行士を運ぶことは以前にも冒険したことがある。

このミッションは、将来のアルテミスのミッションが人類を月やその先へ送る前のテストとして機能し、その過程で月面を歩いた最初の女性や有色人種、そして火星に足を踏み入れた最初の人類といったマイルストーンをもたらすことになる。

しかし、アルテミス 1 号のミッションのすべてが記録を破ることにあるわけではありません。 SLS はまた、月に向かって移動する際に投棄される一連の靴箱サイズの衛星である二次ペイロードも搭載します。 SLS はこれらの小さな科学実験を 17 件実行できますが、Artemis 1 のペイロードは 10 ユニットで構成されます。

サイズは小さいですが、これらの小さなキューブサットが科学に与える可能性のある大きな影響を過小評価しないでください。彼らは、将来のプロジェクトを導き、先駆的な宇宙飛行士を保護し、世界を監視するのに役立つ結果を収集します。

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Robert Lea は、英国のオープン大学で物理学と天文学の理学士号を取得しています。ロバートは 10 年以上にわたり Space.com に貢献しており、彼の作品は Physics World、New Scientist、Astronomy Magazine、All About Space などに掲載されています。

キューブサットは超小型衛星の一種で、宇宙科学、探査、工学支援、地球観測、中継通信などに大きな可能性を秘めた小型宇宙船です。

Cubesat は、その効率性、低コスト、およびより大きなペイロードとの互換性において注目に値します。通常、キューブサットの質量は 2.2 ～ 22 ポンド (1 ～ 10 キログラム) に制限されていますが、キューブサットは通常、各辺 10 センチメートル (3.93 インチ) の立方体を表す「単位」(U) によって測定および分類されます。

アルテミス 1 ミッションのキューブサットの大部分は 6U サイズで、これらのユニットを 6 つつなげると、7.8 インチ x 3.93 インチ x 13.4 インチ (20 cm × 10 cm × 34.05 cm) 程度の寸法になります。

アルテミスのミッションの重要な目標の 1 つは、より長期間の宇宙ミッションを可能にする、月上およびその周囲の宇宙インフラを確立することです。この野心に対する重要な合言葉は「持続可能性」です。

モアヘッド州立大学が NASA のゴダード宇宙飛行センターおよび Busek Company と協力して開発した Lunar IceCube 6U キューブサットは、この目標の達成に役立つ可能性があります。

このキューブサットは、高度な機器を使用して、月と月面上の両方で水やその他の資源を「嗅ぎ分ける」予定であり、将来のミッションで宇宙飛行士を支援する可能性があります。現場のリソースにより、宇宙に持ち込む必要がある原材料の量が削減され、ミッションの費用対効果が高まります。

月の水は、地球に帰還したり太陽系にさらに進出するために使用されるロケット燃料を生成するためにも使用される可能性があります。

IceCube の重さはわずか 14 kg で、イオン推進システムによって推進され、月の周りを 7 時間かけて周回します。この軌道中は、機器を太陽放射から保護するために、小さな「ガレージドア」がスライドして開き、各軌道で月面をわずか 1 時間観察できるようになります。

月の水はほとんどが氷の形で存在しており、Lunar IceCube には、月全体のこの水の分布を調査できるブロードバンド赤外線コンパクト高解像度探査分光計 (BIRCHES) と呼ばれる NASA の機器が搭載されています。

BIRCHES は、月の薄い大気、つまり外気圏にある水を検出することもできます。これは、地球の土壌に似た月のレゴリスがどのように水を吸収し放出するかをより深く理解するのに役立つ可能性があります。

これは月が経験している変化をマッピングするのに役立ち、NASAはこれが月の存在を維持するための鍵であると述べている。

他のいくつかのアルテミス 1 キューブサットも IceCube に加わり、月をよく観察する予定です。

アリゾナ州立大学の研究者と学生によって設計された月極水素マッパー (LunaH-Map) は、月の影の領域の水素量を調査します。

これには、約 6 マイル (約 10 キロメートル) の空間スケールでの水素のマップの作成と、月の影の深いクレーターに横たわる水氷の中に閉じ込められているこの元素の量を評価することが含まれます。

同じく6UのキューブサットであるLunaH-Mapの科学ミッションは、この小型宇宙船が60日間続き、低高度で月の高楕円軌道を141周し、月から3～6マイル（4.8～9.6km）まで接近する。月面。この軌道は、月の南極に位置する衝突クレーターであるシャクルトン・クレーターを中心とします。

LunaH-Map の主な機器は、Cs2YLiCl6:Ce (CLYC) 材料を使用して中性子 (通常は陽子とともに原子核に閉じ込められている) を検出し、元素の水素と相互作用したかどうかを評価する中性子検出器です。

NASAによると、LunaH-Mapは2か月の運用中に月の南極全体の水素含有量をマッピングし、月面から1メートル下のバルク水素含有量も測定するという。

ロッキード・マーチン社の 6U キューブサット LunIR (以前は SkyFire として知られていた) も、月の表面をマッピングしながら、月のフライバイを行う予定です。

LunIR は、欧州宇宙機関 (ESA) が提供する暫定極低温推進段階 (ICPS) から展開され、月面の画像をキャプチャする技術が含まれており、月の組成構造や宇宙との相互作用の特徴を明らかにするのに役立ちます。

このデータは、将来の月ミッションの着陸地点の選択に役立つだけでなく、長期滞在のために月面に向かう宇宙飛行士の潜在的なリスクの評価にも役立つ可能性があります。

フライバイの後、LunIR は、将来の有人宇宙ミッションとロボット宇宙ミッションの設計にも役立つ可能性のある操縦と運用を実行します。

ナノ・セミハード・インパクター（おもてなし） CubeSat が実証した卓越した月探査技術は、月着陸船があらゆるサイズとコストで実現できることを証明することを目指しています。

日本航空宇宙研究開発機構 (JAXA) が開発した 6U キューブサットは、総重量 27.7 ポンド (12.6 kg) で、重量 13.2 ポンド (6 kg) の使い捨て固体ロケットモーターを動力源とする 2.2 ポンド (1 kg) のナノランダーを射出します。月面に降下します。

衝突の直前に、ナノランダーは約98フィート/秒（秒速30メートル）で移動し、販売されたロケットを投棄し、その後、着陸時に衝撃を和らげるために2つの葉を持つエアバッグを展開します。

月面に到着すると、「OMOTENASHI」（日本語で「おもてなし」を意味する名前）は、加速度計を使用して月面放射線を測定し、土壌の力学を調査します。

これらのデバイスは、質量の変化を利用して圧電材料を「圧縮」し、材料が受ける力に比例する電荷を生成することにより、振動または加速度を測定します。

アルテミス 1 キューブサットが調査する地球周囲の物体は月だけではありません。

地球近傍小惑星 (NEA) は、小惑星の近くを飛行してデータを返すロボット偵察ミッション NEA Scout による観測の対象となります。

NEAスカウトは月に向けてオリオン船を打ち上げた後、SLSから展開し、6Uサイズのキューブサットで目標の小惑星までの2年間の旅を開始する。

このミッションの重要な要素はソーラーセイルです。ソーラーセイルは、太陽からの光子とその運動量を利用して小型船を推進する薄くて軽い素材です。

靴箱ほどの大きさのキューブサットから展開したにもかかわらず、広げられた帆は 925 平方フィート (86 平方メートル) のサイズに達し、4 つの 24 フィート (7.3 m) の金属製ブームで支えられています。この大きな表面積は、それぞれが微量の推力しか与えない多数の光子を捕捉するために必要です。

目標から約25,000～31,000マイル（約40,000～50,000km）の距離に到達すると、小惑星を特定します。 NEA Scout は、小惑星から 100 ～ 120 km (62 ～ 75 マイル) の距離で、カメラ NEACam (配列サイズ 3840 x 3840 ピクセルの 20 メガピクセル CMOS 画像センサー) を使用して画像をキャプチャし、送り返します。地球へ。

NASAによると、これは、周囲の塵や破片の場の測定だけでなく、空間内での位置、形状、回転といった小惑星の特性を確認するのに役立つという。この情報は、NEA への着陸を目指す将来のミッションに役立つ可能性があります。

EQUilibriUm Lunar-Earth point 6U Spacecraft (EQUULEUS) も、JAXA が東京大学の支援を受けてアルテミス 1 用に作成したキューブサットです。その目的は、地球周囲の宇宙環境における放射線を理解することです。

エクウルスは、地球と月の間の軌道に機体を設置するために、推進剤の使用量が非常に少ない低推力の水推進システムを含む、低エネルギー軌道制御技術を使用します。

ここからキューブサットは、地球のプラズマ圏、冷たいプラズマ、つまり原子から電子が剥ぎ取られたガスで構成される磁気圏の内部領域を観察します。

EQUULEUS は、地球と月の領域における低エネルギー軌道制御技術や月面飛行についての理解を深めるのに役立つだけでなく、長期の宇宙ミッション中に電子機器や宇宙飛行士を保護するのに役立つ重要な情報を提供する可能性があります。

別のアルテミス 1 キューブサットも、宇宙飛行士を放射線から守る可能性のある情報を収集する準備ができています。

BioSentinel は、カリフォルニアのシリコンバレーにある NASA のエイムズ研究センターの科学者が、宇宙の生物に対する放射線の影響をより深く理解できるようにするプロジェクトです。

このミッションでは、パン屋や醸造家に馴染みのある酵母を「モデル生物」として使用し、高エネルギー放射線がどのようにしてDNAの破壊を引き起こすのかを理解しています。DNAは、人間を含むすべての生物の細胞内に遺伝情報を伝えています。

酵母が選ばれたのは、研究者が酵母をよく理解しているだけでなく、その DNA の損傷が修復される仕組みが人間で起こるプロセスと似ているからです。

2 つの酵母菌 Saccharomyces cerevisiae は、1 つはもう 1 つよりも DNA 損傷をはるかに修復しますが、BioSentinel が地球の磁気圏の外に出ると増殖が開始され、過酷な太陽放射から私たちを守ってくれます。

重さ約 30 ポンド (13 kg) の 6U キューブサットは、約 18 か月間ミッションを遂行し、太陽を周回する途中で月を通過します。このプロジェクトは、生物が深宇宙に送られるのは40年ぶりとなる。

太陽粒子（CuSP）を研究するためのキューブサットも、太陽が地球の大気圏から運び出された後、太陽の周りを周回します。

CuSP の役割は、星からの放射線、太陽風、太陽現象を研究することです。これらは、無線通信の妨害、衛星電子機器の損傷、さらには送電網の破壊など、地球とその周囲に影響を与える可能性があります。

6U キューブサットには、地球に到達して磁気圏に衝突し、有害な磁気嵐を引き起こす可能性がある前に、この「宇宙天気」を測定できる 3 つの機器が搭載されています。

超熱イオン分光器 (SIS) は低エネルギー太陽エネルギー粒子を検出および分類し、小型電子陽子望遠鏡 (MERiT) は高エネルギー太陽粒子をカウントし、ベクトルヘリウム磁力計 (VHM) は磁場の強さと方向を監視します。。

3 つの CuSP 機器を組み合わせることで、科学者は太陽と地球の間の宇宙環境がどのように変化し、それらの変化が地球にどのような影響を与えるかを追跡できるようになります。 CuSP はまた、宇宙監視キューブサットのネットワークがどのように機能するかをテストする方法を研究者に提供し、多数の宇宙天気監視キューブサットの可能性を明らかにします。

キューブサットチームマイルズは、アルテミス 1 のすべての二次ペイロードの発射台までの最も興味深い旅の 1 つを行っており、打ち上げ後の旅も同様にスリリングであることが証明されるはずです。

このプロジェクトは、Miles Space と Fluid & Reason, LLC の市民科学者デザイナーが NASA の CubeQuest Challenge に参加した後、Orion と SLS との提携に選ばれました。

チーム・マイルズは、低周波電磁波を推進力として利用する革新的なプラズマヨウ素スラスターを使用して、チームリーダーのウェスリー・ファラー氏が「火星へのドラッグレース」と表現する軌道で、地球から火星に向かう軌道で約3,700万マイル（6,000万km）を移動する予定である。ムーン。"

この小さなサイズのどの宇宙船よりも遠くまで移動し、洗練された搭載コンピュータシステムによって飛行する 6U サイズのキューブサットは、地球との無線通信のためのソフトウェアもテストします。

ArgoMoon はイタリア宇宙庁 (ASI) によって設計された 6U キューブサットで、アルテミス 1 号とともに飛行するために ESA によって選定されました。ICPS から展開後、地球の軌道を離れる最初のヨーロッパのキューブサットの 1 つとなります。

ArgoMoon は、ICPS による操作を実行する能力を実証するだけでなく、オリオンを月に向けて送信するとき、および他のキューブサットの二次ペイロードを打ち上げるときに、ステージからデータを収集します。

アルゴムーンがこれらの任務を遂行するICPSの画像を記録するという事実は、アルテミス1号への貢献が、宇宙探査の歴史の中で最も重要なミッションの1つの歴史と、人類の宇宙への次のステップを定義するのに役立つ可能性があることを意味します。

アルテミスのミッションは、人類が考案した最も強力なロケットであるスペース・ローンチ・システム（SLS）では不可能だろう。

オリオン宇宙船は、人類を対象とした他の宇宙船よりもさらに遠くまで宇宙を旅することになります。

「アルテミス」 NASA (2022)。

「アルテミス 1: CubeSat ペイロードについて」ヒューストン宇宙センター (2021)。

「月のアイスキューブの探査ミッション、月面での持続的な存在に必要な研究リソース。」 NASA (2019)。

「LunaH-Map: 月の水と氷の地図を作成するために大学が構築した CubeSat」 NASA (2016).「LunaH マップ」。アリゾナ州立大学 (2022)。

「NASA、アルテミス 1 の二次ペイロードにロッキード・マーチンの LunIR CubeSat を選択」 NASA (2016)。

「馬とおもてなし」。 eoPortal (2022)「NEA スカウト」。 NASA (2022)。

「バイオセンチネルって何？」 NASA (2022)

「CubeSat や他のピコ衛星とは何ですか?」ナノサットデータベース (2022)。

「アルゴムーン」。 eoポータル（2022）。

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Robert Lea は英国の科学ジャーナリストであり、Physics World、New Scientist、Astronomy Magazine、All About Space、Newsweek、ZME Science に記事を掲載しています。彼はまた、エルゼビアと欧州物理学ジャーナルで科学コミュニケーションについて執筆しています。ロブは、英国のオープン大学で物理学と天文学の理学士号を取得しています。 Twitter @sciencef1rst で彼をフォローしてください。

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