Nicholas Dallmann氏は、米国エネルギー省の施設、ロスアラモス国立研究所の研究技術者である。 彼はこの記事を Space.com の Expert Voices に寄稿しました。 Op-Ed & Insightsに寄稿しています。 彼が説明するプロジェクトは、ロスアラモス研究所Directed Research and Developmentから資金提供を受けている。
2013年の映画「グラビティ」では、宇宙ゴミがサンドラ・ブロックを殺しそうになった。 あの話は間違いなくフィクションですが（しかもセンセーショナルなフィクション）、宇宙ゴミの脅威は現実のもので、NASAにはその追跡と軽減に専念する部署があるほどです。 昨年は、軌道上のゴミだけに焦点を当てた初の国際会議が開かれました。
心配する理由は十分にあります。 現在、地球上には約2,000個の人工衛星が軌道を周回しており、さらに3,000個の非運用衛星もありますが、この数は急増することが予想されています。 今年は1,500基以上の衛星が打ち上げられる予定です。 (365基しか打ち上げられなかった2018年と比較してみてください）
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宇宙は広いかもしれないが、ますます混雑してきており、それは現実的な問題だ。 地球低軌道（LEO）は、ほとんどの人工衛星が通過する場所であり、天然資源です。 他の天然資源と同じように、私たちはそれを慎重に管理する必要があります。 ケスラー効果とは、より多くの破片がより多くの衝突を引き起こすという連鎖反応のことで、LEOにあるほぼすべての宇宙船を損傷または破壊するだけでなく、宇宙のその部分を何十年も使えなくしてしまう可能性があります。 信じられないかもしれませんが、それは簡単なことではありません。 特に小型衛星やキューブサットなど、LEOに送られる衛星のほとんどは、重くて高価なため、推進システムを搭載していません。 また、衛星を宇宙へ送り出すロケットや、衛星に搭載される他のペイロードにも危険が及びます。 なぜなら、最も一般的なロケット推進システムは液体ロケット燃料を使用しますが、この液体燃料は非常に揮発性が高いからです。 何百万ドルもするロケットに小さなキューブサットが乗っていて、打ち上げ時や宇宙空間への移動中に気まぐれな推進システムが爆発したら、すべてのミッションが終了してしまうことになるのです。
最も簡単な解決策は、代わりに固体ロケット燃料を使用することです。 高推力で安全性が高く、低コストで、しかも超長期間の保存が可能です。 しかし、固体ロケット燃料には一つ大きな欠点があります。 それは、停止と再開ができないことです。 一度点火すると、1回しか燃えないのです。 一度点火したら、それっきりです。 これは、デブリを回避する上で問題なのです。 軌道を変更して衝突を回避するためには、少なくとも2回の独立した燃焼が必要です。1回は軌道をすばやく変更し、もう1回は正しい軌道に戻します。 軌道を変更することで衝突を回避するためには、少なくとも2回の燃焼が必要です。 私たちは最近、固体ロケットモーターを何度も停止させ、再起動させる能力を開発し、実証しました。 宇宙ゴミの一掃を
軌道上のゴミを破壊する7つのワイルドな方法
どのように機能するか
固体ロケットはシンプルで、いくつかの主要コンポーネントのみから構成されています。 点火装置と推進剤の入った燃焼室、そして排気ノズルです。 私たちは最近、固体燃料と固体酸化剤を分離した、より安全な推進剤システムを開発しました。 しかし、固体ロケットを停止・再始動できるようにするためには、再使用可能な点火装置と燃焼を消すためのリセット可能な方法を開発する必要がありました。 このシステムでは、衛星は小さなタンクに良質の水を入れて打ち上げられます。 軌道上では、燃焼の直前に電解槽で水を水素と酸素のガスに分離します。 着火の瞬間、水素と酸素は燃焼室に急速に注入され、火花で点火されます。
次の課題は、燃焼をいかに止めるかであった。 燃焼室を急速に減圧すれば、固体ロケットが確実に消火することは以前からわかっていましたが、どうすればよいのでしょうか。 昨年、私たちはチョーク面積を変更できるエアロスパイクノズルを開発しました。 燃焼が所定の速度に達すると、チョークが開き、チャンバーが減圧されて燃焼が終了します。 ロケットの再燃焼が必要なときは、チョーク部分を元の位置に戻す。
私たちは最近、ロスアラモスの静止試験機で、1つの固体ロケットから複数の独立した燃焼を実証しています。 次のハードルは、軌道上での実証です。
また、主衛星から分離され、電力、地上との低帯域通信、燃焼のための姿勢制御、固体ロケットシステムを搭載したペイロードの開発も考えています。
固体ロケットは、宇宙ゴミの問題を解決するためのすべての答えではありませんが、シンプルで、宇宙船の大きさに合わせやすく、推力が大きく、複数の独立した推力を持つため、軌道上のゴミを避け、軌道を離脱するための最適な候補になります。 私たちの願いは、いつの日かこのロケットが宇宙に打ち上げられるすべての衛星に搭載され、数千年先まで低軌道の安全と利用を維持することです。
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