中国の研究チームが自己折り畳み式再利用可能ネット膜を開発、複数の宇宙デブリを捕捉可能に
注目画像： [ハイブリッドネット膜捕捉システムの展開シーケンスを示す図；クレジット：Yu et al., Space: Science & Technology 2026]
中国の研究チームが、軌道上デブリ除去における最も根強い問題の一つである、使い捨て捕捉システムの高コストに対する新しいアプローチを提案した。彼らの設計は、ジャーナルSpace: Science & Technologyに掲載され、薄い膜に埋め込まれた形状記憶合金を使用し、展開、デブリの捕捉、そして次の目標への再利用のために自動で折り畳むことを可能にする。
このコンセプトは、根本的な経済的障壁に対処する。2018年のRemoveDEBRISミッションでは、エアバスとサリー宇宙センターが軌道上ネットによるデブリ捕捉の成功を実証したが、ネットは使い捨てシステムであった。一度発射されると、格納も再利用もできず、各デブリ片ごとに専用ミッションが必要であり、多大なコストがかかっていた。
中国科学院と電子科技大学の研究者である于双慶氏、劉金国氏、趙鵬遠氏によって開発されたこの新しい中国の設計は、形状記憶合金ワイヤーをわずか10ミクロン厚の多層フレキシブル膜に埋め込んでおり、これはラップフィルム程度の厚さに相当する。
仕組み
捕捉シーケンスは、チェイサー衛星がデブリを識別し、その横を飛行するところから始まる。4つの発射体（論文では「マスバレット」と呼ばれる）が30度の角度で発射され、それぞれがテザーで折り畳まれた膜の隅に接続されている。テザーが張ると、多層膜が展開し、広がってデブリを包み込む。
接触すると、形状記憶合金ワイヤーが膜の包み込んだ形状を維持し、デブリをしっかりと保持する。チェイサー衛星はその後、捕捉したデブリをテザーで安全な再突入軌道まで引きずり、大気圏で燃焼させる。
主要な革新はリリース後にある。電流が印加されると、形状記憶ワイヤーが予め設定された折り畳み形状に戻り、膜を収納容器に引き戻す。チェイサーは次の目標に進むことができる。
膜は4つの層で構成されている。コマンド＆コントロール用の電子回路層、搭載電源用のバッテリー層、展開と格納用の形状記憶合金ワイヤー層、構造的強度のための金属ネット層である。
シミュレーション結果
この研究は現時点では純粋に数値計算に基づいており、技術成熟度レベル1-2である。つまり、コンセプトは動的モデリングによって検証されているが、物理的なプロトタイプや軌道上試験は実施されていない。マルチパーティクル法を用いたシミュレーションでは、チェイサーからの最適展開角度として30度が特定され、2メートルの展開距離で3,374ニュートンの力を生成することが示された。
このシステムは、回転物体や不規則形状を含む、様々な形状の中小デブリ向けに設計されている。ターゲットにドッキングインターフェースや協調動作が不要であり、ロボットアーム方式に比べて大きな利点がある。
研究者らは重要な限界を認めている。膜はわずか10ミクロンの厚さで大きな力に耐えなければならず、シミュレーションでは太陽放射圧や大気抵抗が省略されており、宇宙での熱サイクル下における形状記憶合金の大規模な挙動は完全には特性評価されていない。
より広い視点
軌道デブリ除去の経済性は、長年にわたりこの分野のアキレス腱であった。NASAの費用便益分析によると、統計的に最も懸念される50個の大型デブリ物体を除去することで、約30億ドルのリスク軽減効果が得られる。しかし、軌道上には約4万個のカタログ化された物体が存在し、メガコンステレーションによる混雑が増加している中、能動的デブリ除去が実現可能となるためには、1個あたりの除去コストを大幅に削減する必要がある。
形状記憶膜のコンセプトは、軌道展開までに数年から数十年を要するが、単一のチェイサー衛星が1回のミッションで複数のデブリを処理できる未来への設計経路を開くものである。他の中国のグループも補完的なアプローチを追求しており、天津大学のチームは最近、超弾性ニッケルチタン合金を使用した、微細デブリ捕捉用の触手状連続体ロボットアームを開発した。
雅子 訳