宇宙探査の現在と可能性
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大電力・大推力作動に最適な「ホールスラスタ」の可能性
宇宙探査の現在と可能性(8)大電力電気推進-2
科学と技術
小泉宏之(東京大学大学院新領域創成科学研究科准教授)
膨大な電力を発電するためには、軽量の太陽電池パネルを用いるという方法もある。またイオンエンジンの他にも、電気推進機にはホールスラスタがある。有人火星探査をシミュレーションする際には、この技術も非常に重要である。(全10話中第8話)
時間:8分06秒
収録日:2019年6月11日
追加日:2019年7月13日
カテゴリー:
≪全文≫

●太陽光パネルの質量を想定する必要がある


 2000キロワットを発電するためには、どれくらいのパネルが必要なのでしょうか。仮に宇宙ステーションで使っている太陽電子パネルを使うと、そのまま20倍にした場合、およそ60トンの重さが必要になります。そうすると、宇宙船全体でほぼ同じ重さになってしまいます。そこで、以下では研究開発中の新しい技術を導入して、見積もりを進めてみたいと思います。


●薄膜軽量太陽電池パネルの使用を想定してみる


 JAXAが「DESTINY+」という計画を進めています。これはまだ正式なプロジェクトになっていないのですが、このキーテクノロジーの1つに、「薄膜軽量太陽電池パネル」というものがあります。これは、質量あたりの発電量が今までの3倍という、非常に優れた太陽電池パネルです。これを使うと、約2000キロワットを発電するためのパネルは20トンで済むことになります。

 もちろん、太陽電池パネルを増やすといっても、ロケットに搭載できるのか、宇宙で展開できるのか、軌道上の組み立てはどのように行うのか等、さまざまな問題があります。ここではこうした問題をさしあたりおいておき、このDESTENY+で使おうとしている薄膜軽量太陽電池パネルを使って、約2000キロワットが20トンで済むようになると想定してみます。

 この技術を使うことを仮定すると、先ほどの概算スライドに、軽量太陽電池と電気推進機の24トンがプラスされます。エンジン自体も必要ですので、その重さを4トンとして計量しています。イオンエンジンとして4トンは少し軽いのですが、太陽電池パネルと電源とエンジン本体で、24トンで済むだろうという想定です。そうすると、トータルが92トンになります。先ほど70トンだったものが、90トンになる程度の増加で済むということです。

 これをうまく使い、イオンエンジンで1000キロワットを出力した場合、再計算すると、出発質量は約200トン程度で済みます。燃料型エンジンの場合、地球出発時の重さが750~800トンだったので200トン程度で済むということと、さらに発電量が20倍になっており加速時間も1年であるということを考えれば、より効率が良くなっているといえます。

 イオンエンジンの場合、軌...

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