NASA が開発した電気スラスターにより、商用衛星の軌道維持とミッション寿命の延長が可能に

NASA のドーン宇宙船は、高効率イオンスラスターを使用して、小惑星帯のケレスとベスタを訪問しました。この電気推進方式は現在、Orbion Space Technology によって小型衛星用に製造されています。 （画像：NASA）

食料品と同じように、衛星にも賞味期限があります。

地球の低軌道では、衛星は微量の大気抵抗を受け、時間の経過とともに速度が低下し、軌道が減衰します。スラスターは、衛星が宇宙に留まることができるように軌道を加速するために使用されます。しかし、燃料がなくなると抗力が増大し、最終的には衛星は大気圏に再突入します。

これらの衛星を何年も稼働し続けるためには必要ですが、これらのスラスターのほとんどは化学推進剤を使用しており、化学推進剤は重く、多くの保管スペースを必要とします。しかし、ミシガン州アッパー半島の企業は、NASA が磨いてきたテクノロジーを利用してこの問題を解決しようとしています。

Orbion の Aurora スラスターは小型で効率的ですが、小型衛星の軌道を数年間維持できるほど強力です。 （画像：Orbion Space Technology Inc.）

ミシガン州ホートンの Orbion Space Technology は、2016 年に Brad King と Jason Sommerville によって設立されました。2 人とも、NASA または NASA からの資金提供を受けたプロジェクトに携わった経験があります。両氏は、衛星を軌道上でより長く持続させる方法、または燃料よりも多くのペイロードを搭載できる方法の市場に注目した。この課題に対処するには、燃料をまったく必要としないスラスターが必要でした。

イオンスラスター技術の一種であるホール効果スラスターは、宇宙船を推進するために化学反応ではなく電気を使用します。ホール効果スラスターは、電場の電荷を利用してガス状推進剤、最も一般的にはキセノンのような希ガスを加速します。 NASA は、ケレスを訪れたドーン宇宙船や小惑星に衝突する二重小惑星リダイレクト テスト (DART) ミッションなど、いくつかの惑星間ミッションにイオン スラスターを使用してきました。

Orbion の創設者たちは、この技術が実験的な概念から太陽系周囲のミッションで定期的に使用されるまで成長するのを目の当たりにしましたが、同社がこれらのスラスターを衛星運用者が利用できるものにするためには、専門家に頼る必要がありました。

このホール効果スラスターは、グレン研究センターでテストされている様子が示されており、電気と不活性ガスを宇宙船を推進できる力に変換します。 Orbion Space Technology は、これらのスラスターの高効率を小型商用衛星に導入するために設立され、同社はそれを実現するために同センターの支援を求めました。 （画像：NASA）

クリーブランドにある NASA のグレン研究センターは、NASA の科学ミッション用のイオン スラスターの開発、ドーンおよび DART ミッション用のスラスターの設計と評価、さらに技術全般の改善に深く取り組んできました。

Orbion は、これらのエンジンの開発からの詳細情報と非独占的な評価ライセンスを受け取るために、Glenn とデータ使用契約を締結しました。 Orbion が NASA に目を向けた理由の 1 つは、NASA によるイオン スラスターの材料研究の進歩と、電気効率と動作寿命を向上させるグレンが開発したカソード ヒーターでした。

グレン大学電気推進システム部門の航空宇宙科学者ティモシー・ヴァーヘイ氏は、「私たちはヒーターについて議論することから始めましたが、ヒーターを活用できるより多くの側面を検討する他の議論も行われてきました」と述べています。 「さまざまな意味で、私たちは多くの企業の知識の番人となっています。」

契約期間中、Orbion のチームは Glenn の研究者と多くの交流を持ちました。これには、直接の技術支援とセンターへのいくつかの現地視察の両方が含まれていました。

「私たちは、彼らが複雑なコンポーネントを構築している様子を観察し、システムをどのように構成しているかをメモするためにそこに招待されました」と、Orbion のエンジニアリング担当副社長のジェイソン・マケラ氏は述べています。 「電話を取ってそこにいる誰かに電話をかけることもできます。そうすれば、彼らは夢中になるでしょう。」

その結果、オーロラという名前でブランド化されたオービオンのスラスターは、非常に高いデルタ v と比推力、速度を変えるのにどれだけの労力がかかるかの測定値、推力効率など、NASA が深宇宙ミッション用に構築したスラスターと同じくらいの能力を備えています。 Orbion の製品は高度に構成可能であり、衛星が軌道上に留まるために必要なものに合わせてカスタマイズできます。

オービオンはいくつかのオーロラスラスターを政府と民間企業の両方に販売している。最近、同社は、新しい地球観測宇宙船群にイオンスラスターを提供する契約を大手商業衛星事業者と締結した。 Makela 氏は、社内外で活用された NASA の豊富な経験がなければ、Orbion は今日の地位に到達することはできなかっただろうと述べました。

「この分野の専門家たちとファーストネームで話せるのは素晴らしいことです」とマケラ氏は語った。 「私たちはここで本当に巨人の肩の上に立つことができました。」

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