1936年10月31日、「ロケットボーイズ」と呼ばれる6人の若い工作員が、地球の重力から解放されようとして焼身自殺を図りそうになった。 彼らは、カリフォルニア州サンガブリエル山脈のふもとにある峡谷に身を寄せ、アルコールを燃料とする小型のジェットエンジンをテストしていたのである。 当時は、ロケットエンジンで宇宙へ行くなんて、とんでもない、と揶揄される時代であったが、彼らはそれを証明しようとした。 8469>
ロケットボーイズの大胆さは、航空力学者のセオドア・フォン・カルマンの目に留まりました。 フォン・カーマンは、ロケットボーイズの実験場に近い場所に小さな実験場を作り、そこでロケットボーイズの実験が再開された。 1943年、この場所はジェット推進研究所（JPL）となり、フォン・カーマンはその初代所長に就任した。 JPLはその後、何千人もの従業員を抱える広大なNASAのフィールドセンターに成長しましたが、設立当初の動機である「探検の限界を試す、慣習にとらわれない」を保ち続けています。 1970年代初頭、JPLのエンジニアたちは、太陽系から脱出速度に到達した最初の宇宙船「パイオニア10号」を製作しました。 その数年後、ボイジャー1号、2号と続き、恒星間空間を目指した多くの探査機の中で最も速い速度に達した。 宇宙時代の始まりからボイジャー宇宙船の打ち上げまで、わずか20年の間に、ロケット科学者は飛行速度を2倍以上に向上させたのである。 しかし、それ以来、ボイジャーに続いて太陽系を出た宇宙船はあと1つしかなく、しかもこれほど高速で飛んだものはない。 今、JPLのロケット研究者たちは再び落ち着きを取り戻し、静かに次の大きな飛躍を目論んでいます。 今こそ、既知の惑星を超え、星々に向かって冒険する時なのです。 JPLのフライトエンジニアであるジョン・ブロフィーは、宇宙旅行をさらに10倍加速させることができる新しいエンジンを開発しています。 JPLのミッション設計者であるレオン・アルカレイは、イカルス的な太陽への急降下というありえないことから始まる遠距離旅行を計画している。 そして、JPLの研究科学者であるSlava Turyshev氏は、おそらく最も荒唐無稽なアイデアとして、実際にそこに行くことなく、はるか彼方の地球に似た惑星を詳細に観察できる宇宙望遠鏡を考えています。 ロケットボーイズとその仲間たちは、人類が宇宙を旅する種として立ち上がるのを助けたのです。 8469>
Rocket Reactions
ブロフィーにとって、故スティーブン・ホーキング博士とロシアの大富豪ユーリ・ミルナーが2016年に発表した贅沢で大胆なプロジェクト、ブレークスルー スターショットからインスピレーションを得ていたのである。 このプロジェクトの究極の目的は、小型宇宙船を光速の20パーセントまで吹き飛ばすことができる幅1マイルのレーザーアレイを構築し、わずか20年でケンタウルス座アルファ星系（我々の最も近い恒星の隣人）に到達できるようにすることです」
Brophyは懐疑的でしたが興味をそそられました。 しかし、トロフィーは半信半疑ながらも興味をそそられたようで、「野望を抱くのは今に始まったことではありません。 「JPLでは常識にとらわれない発想を奨励していますし、私の奇抜なアイデアもそのうちもっと奇抜になりますよ」と彼は言います。 その基準からしても、スターショットのコンセプトは、技術的な現実から少し離れすぎているように思えたのです。 しかし、彼は、同じコンセプトでも、私たちが生きている間に実際に実現可能かもしれないように、スケールダウンできないかと考え始めました。
特にブロフィーを魅了したのは、スターショット式のレーザービームを使って、宇宙船の動きとそれが運ぶ推進剤の量を関連付ける「ロケット方程式」に対処するというアイデアでした。 ロケット方程式は、宇宙探査を志すすべての人に、その残酷な論理を突きつけている。 速く走ろうと思えば燃料が必要だが、燃料を増やせば質量が増える。 しかし、燃料が増えれば質量が増える。質量が増えるということは、その分、燃料がさらに必要になるということだ。 さらに燃料が増えれば、全体が重くなり、その繰り返し。 だから、1800kgのボイジャー探査機を打ち上げるには140万kgのロケットが必要だったのです。
ブロフィーは、1970年代後半の大学院生時代から、イオン推進と呼ばれる、より効率のよいロケットを開発してきました。 イオンエンジンは、電力を使って正電荷を帯びた原子（イオンと呼ばれる）を高速でスラスターから噴出させるものです。 1つ1つの原子は微々たるものですが、それが集まると、従来の化学ロケットよりもはるかに大きな速度でロケットを押し出すことができるのです。 さらに、イオンエンジンを動かすのに必要な電力はソーラーパネルから供給されるので、重い燃料タンクや発電機も必要ありません。
しかし、イオンエンジンには欠点もあります。 太陽から離れれば離れるほど、太陽電池の発電量に限界があるのです。 パネルを巨大化すればいいのですが、そうすると重量が大きくなり、またロケットの方程式で叩かれる。 また、イオンエンジンは推力が穏やかなため、自力で地上を離れることができず、宇宙で記録的な速度まで加速するのに時間がかかる。 ブロフィーは、こうした問題をよく理解している。 小惑星ベスタと矮小惑星ケレスへの11年間のミッションを終えたばかりのNASAの探査機ドーンに搭載されたイオンエンジンの設計に携わりました。 8469>
Ion the Prize
ブロフィーが効率的なエンジンと不十分な太陽光発電の間のこの袋小路を熟考している間、ブレークスルー スターショットのコンセプトが登場し、彼の頭の中で歯車が回ったのです。 彼はこう考えた。 太陽光の代わりに、高強度のレーザービームを宇宙船に照射したらどうだろう。 より効率的なレーザーを動力源とするイオンエンジンは、より強力に動作し、かつ船内に動力源を持ち込む必要がないため重量を軽減することができます。 彼のプロトタイプはリチウムイオンを使用しています。リチウムイオンはドーンのキセノンイオンよりはるかに軽いので、より少ないエネルギーでより高い速度を達成することができます。 また、ドーンが1,000ボルトであったのに対し、6,000ボルトで作動する。 「8469>
ただ、1つだけ小さな問題があります。 そのレーザーが存在しないのです。 スターショットのコンセプトは大幅に縮小されましたが、ブロフィーは、国際宇宙ステーションの1,000倍のパワーを発生する100メガワットの宇宙ベースのレーザーシステムを構想しており、高速で後退する宇宙船に正確に狙いを定めています。 「その方法はまだわからない」と彼は言う。 このプロジェクトは、地球外で行われるエンジニアリング・プロジェクトとしては、これまでで最も大きなものになるだろう。 しかし、いったん建設されれば、このアレイは万能ロケットブースターとして、異なるミッションで何度も何度も使用することができます。 レーザーは太陽光の100倍の明るさでパネルを照らし、ここから約40億マイル離れた冥王星まで、イオンエンジンを作動させ続ける。
そのペースであれば、彗星が生まれる薄暗い場所を素早く探索したり、まだ発見されていない第9惑星を目指したり、太陽系内の一般的な場所であれば、ほとんどどこへでも行くことができます。 “私たちには、高速で移動できればできるミッションの長いリストがあります。”
Interstellar Medium Well
ブロフィーの陽気なめまいの後、JPLの技術・科学部門で新しいミッションを策定する担当のアルカライと話すと衝撃的です。 ブロフィーと同じく、アルカライもブレイクスルー・スターショットには正しいビジョンがあるが、十分な忍耐力がないと考えている。 「私たちは、他の星へのミッションを設計するために技術的に必要な場所に、今はまだいないのです」と、彼は言います。 「8469>
アルカライは、具体的なステップを考えています。 まだ他の星に行くことはできませんが、星間物質（星と星の間を流れるまばらなガスや塵）を採取するための探査機を送ることはできます」
「私は太陽系外の物質を理解することにとても興味があります。 最終的に、私たちはそこから作られたのです。 生命はその原始的な塵の雲から生まれたのです」とアルカライさんは言います。 「その中に有機物があることは分かっていますが、どのようなものなのでしょうか？ その量は？ 水分子はあるのだろうか？ 8469>
星間物質は、私たちが手に入れることができないので、まだよく分かっていません。 太陽からの絶え間ない粒子（太陽風）が、星間物質を地球から遠くへ押し流すのです。 しかし、もし太陽の影響を超えて200億マイル（太陽から地球までの距離の約200倍）まで到達することができれば、ついに我々の母なる銀河の原始的なサンプルを調査することができるのです。 彼は60歳なので、巨大な宇宙レーザーを待っている時間はなく、積極的なスケジュールを立てています。 その代わりに彼が提案するのは、まだ実証されていないとはいえ、よりシンプルな「太陽熱ロケット」と呼ばれる技術だ。 このロケットは、太陽の熱から保護された冷たい液体水素を大量に搭載し、太陽表面から約100万マイル以内まで衝撃的な急降下をします。 最接近すると、ロケットは、おそらくシールドを投棄することによって、強烈な太陽熱が降り注ぐようにするのです。 太陽のエネルギーは水素を急速に蒸発させ、ロケットのノズルから飛び出させる。 脱出する水素と太陽自身の重力による補助が合わさると、船は星間航行を開始し、その速度は人間のどの物体よりも速く、秒速60マイルにもなります。 彼は、今年中に熱ロケットシステムの要素のテストを開始し、その後、彼のコンセプトを現実的なミッションに発展させ、今後10年ほどで打ち上げられるようにしたいと考えています。 星間物質への到達は、それからさらに10年後ということになる。 銀河環境をサンプリングするだけでなく、そのような探査機は、太陽が星間物質とどのように相互作用するかを調べ、太陽系のダストの構造を研究し、おそらく途中で遠くの矮小惑星を訪れることができます。
それは、「過去に行ったことのないような旅になる」とアルカライは述べています。 (クレジット Slava Turyshev; The Aerospace Corp.; Jim Deluca/Jimiticus via YouYube (2); Jay Smith)
Catch A Glimpse
太陽熱ロケットとレーザーイオンエンジンは、それが印象的だとしても、太陽系と外惑星（他の星の周りを回る惑星）の間のとてつもなく大きな溝を越えるためにはまだとんでもなく不適切だ。 ロケットボーイズの精神に則り、トゥリシェフは不条理をものともしない。 8469>
トゥリシェフは、太陽重力レンズ（SGL）と呼ばれる領域に宇宙望遠鏡を送り込みたいと私に言いました。 この領域は500億マイル（約8,000億km）離れたところから始まりますが、それでも最も近い恒星の隣人より何百倍も近いのです。 SGLの奥まで行くと、驚くべきことが起こります。 太陽の方を振り返ると、その真後ろにある天体がリング状に引き伸ばされ、大きく拡大されて見えるのです。 このリングは、恒星の強い重力が空間をレンズのように歪めて、遠くの天体の光の見え方を変えているのです。
SGLの中で正しい位置に立てば、太陽の後ろから拡大されている天体は、魅力的な太陽系外惑星かもしれないのです。 SGLに浮かぶ宇宙望遠鏡は、光の輪のさまざまな部分をサンプリングして動き回り、曲がった光の断片を問題の惑星のメガピクセルのスナップショットに再構成することができるとトゥリシェフは説明しています。 彼はメガピクセルと言いましたか、カメラ付き携帯電話の解像度のような？ そうです、彼は本当に、100光年（600兆マイル！）離れた惑星で、幅10マイルより小さい詳細を見るのに十分な、1,000×1,000ピクセルの画像について話しているのです。 雲の下を覗いて大陸を見ることができ、気象パターンや地形を見ることができ、とてもエキサイティングです」とトゥリシェフは言います。 彼はそのことに触れませんでしたが、その必要はないのです。 このような解像度であれば、巨大都市やその他の巨大な人工構造物が存在する場合、それを発見することもできます。
JPLの技術者がSGLへの輸送問題を解決できると仮定すれば、ミッション自体は非常に困難ではありますが、かなり簡単です。 トゥリシェフと彼の共同研究者たち（アルカライもその一人）は、30年の旅に耐えられるハッブルサイズの宇宙望遠鏡、
あるいは小型の望遠鏡群を開発する必要があるのです。 また、自宅からのガイダンスなしで運用できるような、搭載された人工知能を完成させる必要がある。 そして何よりも、何十年も何十億ドルもかけて研究するほど魅力的な惑星が必要なのです。 NASAのTESS宇宙望遠鏡は、今まさにその偵察を行っており、地元の星の周りにある地球サイズの世界をスキャンしています。
「最終的に、太陽系外惑星の生命を見るためには、私たちが訪問する必要があります。 しかし、重力レンズミッションでは、何世紀も前に、潜在的なターゲットを研究することができます」と、トゥリシェフは楽しそうに話しています。 8469>
Corey S. Powell は Discover の寄稿編集者で、同誌の Out There ブログにも執筆しています。 Twitterでフォローする。 Coreyspowell. この記事はもともと「Boldly Go」として印刷物に掲載されました。
