中国研究者が設計、自己折り畳み式の再利用可能ネットメンブレンで宇宙デブリを複数回捕獲
注目画像： [ハイブリッドネットメンブレン捕獲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]
中国の研究チームは、軌道上デブリ除去における最も厄介な問題の一つ：使い捨て捕獲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、形状記憶合金を薄いメンブレンに埋め込み、展開、デブリの捕獲、そして次のターゲットに向けて再び折り畳んで再利用することを可能にする。
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がデブリを捕捉できることを実証したが、ネットは使い捨てシステムだった。一度発射されると、格納も再利用もできず、各デブリごとに専用ミッションが必要となり、莫大なコストがかかった。
中国科学院と電子科技大学の研究者、于双慶（Yu Shuangqing）、劉金国（Liu Jinguo）、趙鵬遠（Zhao Pengyuan）によって開発されたこの新しい中国の設計は、厚さわずか10ミクロン：ラップフィルムほどの厚さ：の多層フレキシブルメンブレンに形状記憶合金ワイヤーを埋め込んでいる。
仕組み
捕獲シーケンスは、チェイサー衛星がデブリを識別し、その横に飛行するところから始まる。4つの発射体：論文では「マス・ブレット」と呼んでいる：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メンブレンの隅に接続されている。テザーが張ると、多層メンブレンが広がり、デブリを包み込む。
接触すると、形状記憶合金ワイヤーがメンブレン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。その後、チェイサー衛星は捕獲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。
重要な革新は解放後にある：電流が印加されると、形状記憶ワイヤーは予め設定された折り畳み形状に戻り、メンブレンを保管容器に引き戻す。チェイサーは次のターゲットに進むことができる。
メンブレンは4つの層で構成されている：指令と制御のための電子回路層、搭載電力のためのバッテリー層、展開と格納のための形状記憶合金ワイヤー層、そして構造的強度のための金属ネット層。
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的段階にある：技術成熟度レベル1-2、つまりコンセプトは動的モデリングによって検証されたが、物理的プロトタイプや軌道上試験は行われていない。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した。
このシステムは、回転物体や不規則な形状を含む、さまざまな形状の小〜中規模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性を必要としない：ロボットアーム方式に対する大きな利点である。
研究者らは重要な限界を認めている：メンブレンはわずか10ミクロンの厚さで大きな力に耐えなければならず、シミュレーションは太陽放射圧と大気抵抗を省略しており、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。
より広い展望
軌道上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個の大型デブリを除去することで、約30億ドルのリスク低減効果が得られる。しかし、軌道上には約4万個のカタログ化された物体があり、メガコンステレーションによる混雑が増加している中、アクティブ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。
形状メンブレンコンセプトは軌道展開まで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。他の中国グループも補完的アプローチを追求しており、天津大学のチームは最近、微細デブリ捕獲用の超弾性ニッケルチタン合金を使用した触手状連続体ロボットアームを開発した。
雅子 訳