人類は重い積載物を地球外に運ぶ強力なロケット技術を持っている。だが、到着した場所から帰還するにはあらかじめ多くの燃料を積まなくてはならない。
火星探査計画においても最も重要ともいえる確実な帰還方法。この課題に取り組むNASAは、火星の塵状堆積物(レゴリス)からロケット燃料を生成して推進力にするシステムを考案している。
その塵を集めるべくNASAが開発しているのが、火星でも動く掘削ロボットRASSOR(レイザー)だ。
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DUST TO THRUST -- MARCO POLO/Mars Pathfinder, RASSOR Tested
帰還用の燃料を現地調達。火星の塵を燃料に
火星に移住する場合、解決すべき問題はたくさんあるが、その一つに燃料の確保がある。
地球から積んでくる方法も確かにあるが、その場合およそ500グラムの燃料を供給するのになんと100キログラムほどの燃料が必要になり、効率が悪すぎる。
そこでNASAは火星からの帰還方法の一つに、火星の塵から燃料を作り推進力に変換するシステムを考案。その作業を機械に任せる手段を開発中だ。
image credit:Glen Benson
場所によって水分を含む塵も存在する可能性
火星の塵はパサパサだと思われがちだが、一概にそうとはいえない。厳密には掘削する場所と掘り進める深さにもよる。
現在火星のいくつかの地域には地表から深さ数メートルに氷層が存在するとみられている。また、低緯度には重量に対して8パーセントの水を含む石膏の砂丘があるという。
低重力でも塵を集める掘削ロボット
とはいえ、低重力の火星で塵を集めるには特殊な作業が求められる。これに役立つのが宇宙でも機能する掘削ロボットRASSOR(レイザー)だ。
RASSORの開発者クルト・ロイヒト氏が米国の電気工学技術の学会誌IEEE Spectrumに寄せた解説によると、このロボットは複数のスクープがついた2つのドラムで塵をすくい、運搬するマシンだという。
ドラムが回転すると保持していたアームが下がり、ゆっくりと前進するにつれドラムについている歯のついたスクープが少しずつ塵をすくいあげる。
image credit:youtube
この掘削法なら細長く浅い溝ができるだけで、深い穴を作らずに済む。なお、この回転掘削ドラムは中空で、すくった塵を内部に集めておける。
もう一つの重要な特徴は、掘削中にドラムが逆方向に回転することだ。これが掘削時に生じる力の大半を相殺し、低重力での掘削を可能にする。
塵とロボットを利用する火星の運用システム
塵の収集は始まりに過ぎないが、NASAはこれらを処理して水を抽出し、水素と酸素に電気分解する自律型の科学精錬所を建設する予定だ。
image credit:youtube
酸素はロケット燃料だけでなく人間の呼吸にも役立つうえ、液体の状態で保存できる。現時点で液体水素の貯蔵は困難だが、NASAは液体メタンに変換しておく計画を立てている。
また、主に二酸化炭素で成り立つ火星の大気は、炭素の良い供給源にもなる。
現在NASAはシステムの模擬実験を地球で行っており、システムの機能には16ヵ月で7トンの液体メタンと22トンの液体酸素の生成が必要と見積もっている。
なお水を抽出したあとの塵はNASAで開発中の3Dプリンタ技術により、防護施設や道路、離着陸場の建築に使用できるという。
image credit:Marek Denko
これが確立すれば、人間が火星に着く前にロボットが力仕事を進めるのも可能になる。塵から推進力を得る手段は火星の完全な運用システムになり得るのだ。
References:neatoramaなど /written by D/ edited by parumo
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コメント
1.
2. 匿名処理班
芋作るイメージが強くなっちゃってる
3. 匿名処理班
生産するために使われるエネルギーは得られるエネルギーより多そう。
4. 匿名処理班
これを砂漠で運用したら、エネルギー問題解決されるんじゃないか
5.
6. 匿名処理班
二酸化炭素と水があれば酸素とメタンが作れそうだものね。
7. 匿名処理班
パンジャンドラムと名付けよう
8. 匿名処理班
よかった
送り込むのはGじゃないんだ
9. 匿名処理班
大変！火星が無くなっちゃう！！
と一瞬思ったくらいには非効率的なような……
10. 匿名処理班
ケロシンではなく、メタンか水素を燃料に、、だろうけど、まずできるかどうか、次に必要量が適正な時間に精製できるか、コストはどうか。色々考え、実験しなきゃだから、まだまだこれからの分野だね。
今後、火星の地下を掘ったら、実はこんな資源がというのもなくはないだろうし。
スペースXはどう研究してるんだろう。
11. 匿名処理班
１００年後は舗装された道路があって自動運転車が走ってそう
12. 匿名処理班
火星より地球を何とかして欲しいと思うのは私だけなのかな？
13. 匿名処理班
火星よりももっと近場の月辺りに町を作って見ればいいのに
生きてる間に軌道エレベーターやスペースコロニーに月面都市とか見てみたい
14. 匿名処理班
太陽電池で電力いくら貯めても推進剤ないと帰れないからね今の技術だと
EMドライブとかいうわけわからんもんあるけどもあれが正しいとしても大気圏は出れそうにはないし
15.
16.
17. 匿名処理班
星のパイロットって言う笹本祐一氏の小説シリーズで、月の土を酸素還元させて駆動するムーンブラストと言うエンジンが出て来たな。
18. 匿名処理班
大量の物資を持ち込むよりも現地調達って考え方なんだろうけどエネルギー的にどうにかできるのかな
人間を送り込むまで数十年かけてゆっくり貯めてく感じになるのかね
19. 匿名処理班
※14
EMドライブは惑星脱出に使うものではないね。例えばはやぶさのイオンエンジンのような超長時間少しずつ加速する用途、あとは人工衛星の軌道修正に使えるかも？？という類。
ただ現状、とにかく推進力がほぼないに等しいレベルなので、原理の解明と合わせて超画期的（数桁単位）での推力向上が待たれる。（中国がお熱らしいので、案外実用化一番乗りしたりして）
20. 匿名処理班
※4
塵に水分が含まれていることが前提だから、残念ながら砂漠では無理そう
21. 匿名処理班
※12
貴方だけでは無いだろうが、現在の生活環境の改善と、数世紀先を見越して生存圏を確保すべく努力している彼等の計画との間に、なぜ関連性を見出そうとするのかが分からない。
22. 匿名処理班
これB級SF映画とかでは何かしら起こりそうなやつ
23. 匿名処理班
重力と放射線は人間を容赦なくむしばむ。そして人間を地球から宇宙に送るだけでも金がかかりすぎるから、火星探査にはAIロボットを送り出すことになるだろう。アポロ13号のような事故を起こされたら、あとから助けることはできない。
24. 匿名処理班
0から火星開拓するんでなくある程度環境整ってる地球を再テラフォーミング(？)ってできないのかな
25. 匿名処理班
電気分解するときにもエネルギーを消費するのだが……
そこはおそらく、太陽光でまかなう、ということか。
26. 匿名処理班
？？？「やめておけ。火星には我々の嫌いな…おっと」
27. じょん・すみす
水素と簡単な反応装置があれば、後は火星にたくさんある
炭酸ガスを使って、メタンと水が出来るんだ。
メタンは圧力をかけるだけで簡単に液体に出来るので、そのまま
水素を使うよりも扱いが楽なんだ。
水があれば、電気分解で酸素と水素が出来る。
酸素は貯蔵しておけば後で役に立つし、水素はメタンを作るのに使える。
28. 匿名処理班
※21
まぁ、そんだけ身近に感じてるって事で:p
29. 匿名処理班
砂噛んだギアの音 聴こえて来そうで
勝手にゾワゾワしてる
30. .
一つに注力して成功したならいいけど、そうじゃないならいろんな事にチャレンジして可能性を広げた方がいいんじゃないの