中国の研究者ら、自己折り畳み可能な再利用式ネットメンブレンを開発 、 宇宙デブリを複数回捕捉可能に
日付: 2026-07-07
注目画像: [ハイブリッドネットメンブレン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]
中国の研究チームは、軌道上デブリ除去における最も根強い問題の一つ：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。同誌 Space: Science & Technology に掲載されたこの設計は、薄いメンブレンに埋め込まれた形状記憶合金を利用し、展開、デブリの捕捉、そして次のターゲットへの再利用のための自己折り畳みを可能にする。
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、そのネットは使い捨てシステムだった。一度発射されると収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ていた。
中国科学院と電子科技大学のYu Shuangqing氏、Liu Jinguo氏、Zhao Pengyuan氏ら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。
動作の仕組み
捕捉シーケンスは、チェイサー衛星がデブリを特定し、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、それぞれがテザーによって折り畳まれたメンブレンの隅に接続されている。テザーが引っ張られると、多層メンブレンが展開し、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。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牽引し、大気圏で燃焼させる。
重要な革新は解放後に起こる：電流が流されると、形状記憶ワイヤーが事前設定された折り畳み形状に戻り、メンブレンを格納容器に引き戻す。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つの層で構成される：指令制御用の電子層、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、構造強度用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よるものであり：技術成熟度レベル1-2、つまり動的モデリングによってコンセプトは検証されたが、物理的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、展開距離2メートルで3,374ニュートンの力を発生することが示された。
本システムは、回転物体や不規則形状を含む、様々な形状の小型から中型の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スケールでの挙動は完全には特性評価されていない。
より大きな展望
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30億ドルのリスク削減効果が得られる。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する中、能動的デブリ除去を実現可能にするには、1個あたりの除去コストを大幅に引き下げる必要がある。
形状記憶メンブレン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一度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。他の中国の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、超弾性ニッケルチタン合金を用いた触手状連続体ロボットアームを微細デブリ捕捉用に開発した。
雅子 訳