小型衛星は、地球観測、通信などさまざまな用途で、ますます人気の高いツールになっています。しかし、制御面で大きな課題を抱えています。宇宙空間に出ると、カメラを正確に向けたり軌道を変えたりできず、通常は数か月以内に軌道を外れて燃え尽きてしまいます。
こうした衛星に欠けているのは実用的な推進システムだと語るのは、MITで航空宇宙工学を学び、2015年に博士号を取得したナタリア・ブリクナー氏。Accion Systemsの共同創業者兼CEOです。「ソフトボールほどの大きさの衛星でも、驚くほど多くの機能を持たせられますが、適切に機動できず、すぐに軌道から落ちてしまいます」と彼女は言います。「人々は解決策を待っています。」
Accionは今回、商用のエレクトロスプレー推進システムを開発しました。最初の製品はガムのパックほどの大きさで、小型衛星に推力を与える小さなチップで構成されています。ほかの利点として、Accionのモジュールは現在の代替技術より大幅に低コストで製造できます。
この技術により、「CubeSat」として知られる低コスト衛星が、先進的な画像撮影や通信など、さまざまな商業・研究用途でより実用的になる可能性があります。多数の衛星を使って世界規模のカバー範囲を実現できる用途です。「推進力は必要ですが、小型衛星がすでに持つ限られた容積や資源を妨げないほど小さくなければなりません」と、Accionの技術顧問で、基礎技術を発明した航空宇宙工学准教授のパウロ・ロザーノ氏は言います。
最終的には、この技術によって、小規模なスタートアップ企業や、十分な資金を持つ宇宙計画のない国々でさえ、低コスト衛星を宇宙探査に活用できるようになる可能性があると、同氏は付け加えます。「これは、ほかの人々が『宇宙の民主化』と呼んできたものです」とロザーノ氏は言います。「それを現実にする一助になると思います。」
もう一人のAccion共同創業者は、ルイス・ペルナ氏（2009年学士号、2014年修士号取得）です。同氏はシステムを共同発明し、現在は製品開発を統括しています。
小さくても強力
Accion初の商用システムはMAX-1です。約1平方センチメートル、厚さ2ミリメートルのチップ8個からなるモジュールで、衛星のどこにでも取り付けられます。地上では「紙を動かす」程度の推力ですが、宇宙空間ではCubeSatや、それより少し大きな衛星を動かせるとブリクナー氏は言います。
モジュールには、無毒で揮発しない液体塩推進剤を貯蔵するプラスチック製タンクがあります。貯蔵部の上にはチップがあり、それぞれ多孔質基板と約500個の尖った先端部、さらにその上に小さな穴の開いた抽出グリッドを備えています。（毛細管力によって、推進剤は貯蔵部から基板の先端部へ流れます。）
先端部とグリッドの間に高電圧をかけると、荷電イオンが穴を通って飛び出します。「これらのイオンを取り出して加速させると、その運動量交換によって宇宙船は反対方向に推進されます」とブリクナー氏は説明します。
Accionは7月にMAX-1を打ち上げる予定で、年末までに顧客へのシステム出荷を開始する計画です。
モジュールには加圧タンク、大型のバルブ、中和用カソードがないため、低出力のプラズマ式イオンエンジンより推力重量比が高く、強力な推進力を発揮します。1月、AccionはMAX-1の小型版MIN-0をMITの真空チャンバー内で試験しました。チームは、一定の電圧をかけた後に放出されたイオンの電流を測定しました。この実験などを踏まえ、MAX-1は1平方メートル当たり約100マイクロニュートンの力を生み出せると結論づけています。
たとえば、国際宇宙ステーションから打ち上げられたCubeSatを安定させ、大気抵抗を補うには十分な推力です。「大気抵抗とは、小型衛星を早期に大気圏へ引き込み、そこで燃え尽きさせる力です」とブリクナー氏は言います。
ロザーノ氏は、毎年数十機の小型衛星が打ち上げられていることから、このシステムは衛星が宇宙空間にとどまる期間を制御し、漂う宇宙ごみになるのを防ぐ助けにもなると付け加えます。「抵抗の少ない軌道まで上昇して、より長くそこにとどまり、同じ推進システムを使って再突入することもできます」と同氏は言います。
もはや一点ものの宝飾品ではない
低コストの化学推進システムを作ることは可能ですが、実用的ではないとブリクナー氏は言います。化学システムは爆発の危険がある加圧タンクで作られており、小型衛星を宇宙へ運ぶ大型ロケットへの相乗りは認められていません。「つまり、製造は簡単でも、誰も使うことができないのです」とブリクナー氏は言います。
そのため、電気推進システムのほうがより安全で、普及した代替手段です。しかし、推進剤として希少ガスのキセノンを使い、貯蔵にも加圧が必要なため、製造コストが高くなります。Accionの推進剤は一般的な食塩と似た構造の液体塩材料で、大量生産が可能です。
この新しい推進剤とシンプルな設計により、Accionはコンピューターチップのようにモジュールを一括製造でき、一度に約200個を生産できます。ブリクナー氏によると、費用はほかの電気推進システムの約10分の1です。「もう一点ものの宝飾品のように作りたくはありません」と彼女は言います。
Accionの始動
Accionは2012年、ブリクナー氏とペルナ氏が、ロザーノ氏が所長を務める宇宙推進研究所に来た際に立ち上がりました。当時ロザーノ氏は、Accionの技術の前身となる電気推進システムの試作を進めていました。MITで2004年ごろから取り組んでいたものです。
業界はすでにこの技術に注目していました。「すぐに、この技術を買いたい、あるいはライセンスを取得したいという人々の話を耳にしたのを覚えています」とペルナ氏は言います。数か月以内に、「会社を立ち上げる機会が訪れました」。
ペルナ氏にとって、これが初めてのスタートアップ経験でした。一方、ブリクナー氏にとっては再挑戦でした。2009年、同氏は小型衛星向けの化学推進式打ち上げ装置を製造するスタートアップ、Asteria Micropropulsionを立ち上げましたが、事業開始後まもなく終了しました。「宇宙推進の会社をもう一度立ち上げる機会があるとは思っていませんでした」とブリクナー氏は言います。「でも機会が訪れたとき、『もう一度挑戦できるの？ すごい』と思いました。」
Accionの立ち上げにあたり、チームはMITの起業支援リソースのうち何を利用したのでしょうか。「全部使ったと思います」とブリクナー氏は笑いながら言います。
たとえば、Venture Mentoring Serviceの起業家たちは、事業計画の策定や資金調達についてチームに助言しました。Martin Trust Center for MIT Entrepreneurshipの起業家在住者たちは、法務支援、資金調達、事業運営に関して犯したミスを見直す手助けをしました。「解決すべき問題がたくさんあり、彼らは助けになりました」とブリクナー氏は言います。
2014年、AccionはTrust Centerの夏季インキュベーター、Global Founders Skills Accelerator（GFSA）に参加しました。そこでは、継続的なフィードバックに基づいて技術を顧客に合わせることに大半の時間を費やしました。これは技術の方向性を顧客ニーズに合わせるうえで価値あるものとなりました。「その価値の大きさに驚きました」とブリクナー氏は言い、「今も続けている取り組みです」と付け加えます。
GFSAは、ペルナ氏の関心を厳密な技術中心の考え方から、事業計画、顧客サービス、経営という馴染みの薄い概念へと移す助けになりました。「このプログラムは、起業についてほとんど知識のない人々を基本的な概念につなげ、会社で行っていることをそうした概念に照らして考える助けとなり、非常に有益でした」と同氏は言います。
Accionは現在、マサチューセッツ州サマービルのGreentown Labsに本社を置き、今後の打ち上げに向けて準備を進めながら、技術の改良を続けています。
将来的には、Accionのシステムによって、小型衛星が月探査など、現在ははるかに大型の衛星でしかできない任務を遂行できるようになる可能性があるとロザーノ氏は言います。小型衛星はまだ、そうしたミッションに適した軌道へ到達できません。「でも、望まない軌道にとどまっている場合でも、推進力を使って興味深い場所へ行けます」と同氏は言います。「これはゲームチェンジャーになると思います。」
本記事は MIT News との共同掲載です。掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：ロブ・マシソンはMIT Technology Reviewの寄稿ライターです。
画像：5分間露光で撮影されたアイソン彗星。REUTERS/Aaron Kingery/NASA/MSFC。
