記録的な出力の電気スラスターが火星を現実に近づける

NASA のジェット推進研究所 (JPL) のチームは、プリンストン大学およびクリーブランドのグレン センターの研究者と協力して、米国でこれまでにテストされたものより 25 倍強力なプロトタイプの電気スラスターを発射することに成功しました。磁気プラズマ力学 (MPD) システムは 120 キロワットに達する出力レベルで動作し、現在同機関の宇宙船で動作しているすべての電気スラスターを上回りました。この前進は、将来の火星への人類ミッションに向けた決定的な一歩となる。

試験は2026年2月に、金属蒸気推進剤を使用したシステムを安全に試験できるユニークな国立研究所であるJPLの凝縮性金属推進剤（CoMeT）真空施設で行われた。プロトタイプは推進剤としてリチウム金属蒸気を使用し、5回の点火実行中にタングステン電極の温度が摂氏2,800度を超える温度に達した。

期待を超えて機能するテクノロジー

MPD スラスターは、大電流を使用して磁場と相互作用し、リチウム プラズマを電磁的に加速するという点で従来の電気システムとは異なります。この革新的なアプローチは、前世代の電気スラスターのように太陽エネルギーのみに依存することなく、大幅かつ継続的な推力を生成します。

JPL の上級研究員である James Polk 氏は、結果の重要性を強調しました。 「推進剤が機能することを示しただけでなく、目標としていた出力レベルも達成しました。」収集されたデータは、研究者に生産規模の拡大という課題に対処するための強固な基盤を提供します。プロトタイプの構築と設計には 2 年間の集中的な作業がかかりました。

MPD テクノロジーは新しいものではありません。研究者らは1960年代から研究を続けてきたが、米国ではこれほど高い出力で運用されたことはない。開発の重要な側面は、リチウムを動力とする推進剤がこれらのテスト以前に「一度も運用上飛行したことがなかった」ことであり、これが航空宇宙工学にとって真のマイルストーンとなった。

従来のロケットと比較して革新的な効率

電気スラスターは、従来の化学ロケットに比べて経済的および技術的に大きな利点をもたらします。 JPLチームによると、これらのシステムは、地球の重力から逃れるために使用される高出力ロケットよりも推進剤の使用量を最大90%削減できるという。この燃料消費量の大幅な削減により、宇宙ミッションのコストが大幅に削減されます。

電気推進は、化学エンジンとは根本的に異なる原理で動作します。燃料を燃焼して即時推力を生成するのではなく、エネルギーを収集し、それを使用して少量のイオン化推進剤を加速します。このゆっくりとした継続的なガスの排出により持続的な推力が生成され、十分な時間が経過すると、従来のロケットよりもはるかに高い速度に達します。 NASA のプシュケ宇宙船は、それほど強力ではない電気スラスターを備えており、小さいながらも一定の力を使用して時速 200,000 キロメートル以上で移動することで、この能力をすでに実証しています。

研究者らは、リチウムを動力源とするMPDスラスターは、高出力レベルで動作し、驚くべき効率で推進剤を使用し、現在稼働しているシステムよりも大幅に大きな推力を提供する可能性があると述べている。これらのスラスターを原子力と組み合わせることで、宇宙船の打ち上げ質量を減らし、人類を火星に連れて行くのに必要な積載量を維持できる可能性がある。

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技術的な課題と次のステップ

研究チームは重要な障害を特定しました。それは、動作中に MPD スラスターから放出される高温のため、極端な熱に耐えることができるコンポーネントが必要であるということです。適切な堅牢な材料を提供することは、今後数年間の開発において「重大な課題」となるでしょう。

研究者たちは、次のような野心的な新しい目標を設定しました。

• プロペラあたり 500 キロワットから 1 メガワットの出力を実現
• 摂氏2,800度以上の温度に耐えられる材料を開発する
• 23,000時間以上の連続稼働を保証
• 複数のスラスターを単一の宇宙船に統合
• 火星へのミッションに核エネルギー源を組み込む

火星への有人飛行には、実行可能な時間内に火星に到達するために 2 ～ 4 メガワットのエネルギーが必要です。この需要を満たすために、最終的な宇宙船には、ほぼ 3 年間、中断することなく 23,000 時間以上同時に動作する複数の MPD スラスタを組み込むことができます。

戦略的優先事項としての位置付け

NASAのジャレッド・アイザックマン長官は、この実験は歴史的な「初」であると述べた。 「電気推進システムがこれほど高い出力レベルで動作したのは米国で初めてだ」と同氏は述べた。この試験は、将来のミッションに向けた先進技術の探査を統合する取り組みである、同局の宇宙核推進（SNP）プログラムの一環である。

アイザックマン氏は、アメリカ人宇宙飛行士を火星に送るという長期目標に対するNASAの取り組みを再確認した。 「NASA​​では、同時に多くのことに取り組んでおり、火星のことを忘れてはいません。私たちは、この次の大きな飛躍を推進するための戦略的投資を続けていきます。」試験の成功は、この野心的な目標に向けた「本当の進歩」を示しています。

NASA における電気推進の歴史は、ジェームズ ポークなどの研究者が推進システムに知識を応用したドーンおよびディープ スペース 1 ミッションにまで遡ります。その経験は、現在テストされているリチウム駆動の MPD スラスターの開発に必要な技術的基盤を提供しました。