コアコンテンツ

米国航空宇宙局（ＮＡＳＡ）が２０２８年、火星発射を目標に「初の原子力惑星間宇宙船」の開発に着手した。 「スペースリアクター-1（SR-1）フリーダム」と命名されたこのプロジェクトは、核電気推進システムを搭載し、深宇宙で効率的な大量輸送能力を提供する見通しだ。

ネジ局長ジャラド・アイザックマン（Jared Isaacman）が今週発表したこの計画は、単に火星到達を超えて、60年以上続いた核推進実験と挫折したプロジェクトの結実になることができるという点で注目されている。

##なぜこれが重要なのか

現在、深宇宙探査船はほとんど化学推進エンジンに依存している。化学推進は爆発的な推力を提供するが、燃料効率が低く、長距離惑星間の旅行に限界がある。反面、核電気推進は燃料比推力効率が格段に高く、深宇宙探査のゲームチェンジャーになることができる。

SR-1フリーダムは、地球の原子力発電所と同様の核分裂原子炉を小型化して搭載する。この原子炉が生産した電力でイオンエンジンを駆動する方式だ。イオンエンジンはキセノンやクリプトンなどの気体をイオン化して加速させて推力を得る。推力自体は弱いが長時間持続可動が可能で累積速度が化学エンジンを凌駕する。

＃＃核推進宇宙船の歴史的文脈

宇宙空間での核エネルギーの活用は宇宙時代初期から試みられた。 1950年代の「プロジェクトオリオン」は、宇宙船の後ろから連続的な核爆発衝撃波で推進力を得る破格的な概念だった。 1970年代、イギリスの惑星間学会の「プロジェクトダイダロス」は核融合エンジンを提案した。

実際に長い間活用されてきたのは放射性同位元素熱電発電機（RTG）だ。 RTGはプルトニウム-238の放射性崩壊熱を電気に変換します。プルトニウム-238の半減期は約88年で、数十年間宇宙船に安定した電力を供給できる。

ネジは1961年「SNAP-3」プロジェクトで初めてRTGを宇宙に上げた。当時96グラムのプルトニウム-238でわずか2.5ワットの電力を生産した。以後、技術は飛躍的に発展し、パイオニア10・11号、ボイジャー1・2号、ニューホライズンズ号、バイキング火星着陸船、キュリオシティ・パーサービアランスローバーなどにRTGが搭載された。

特に、火星探査ローバースピリットとオペレーターは太陽光パネルにのみ依存したが、火星の塵によって電力供給が急減する問題を経験した。この経験はRTGの必要性を明確に証明した。

##核電気推進とRTGの違い

RTGは電力「供給元」で、宇宙船の装備と通信システムに電気を提供するが、推進力を直接作るわけではない。一方、核電気推進は核分裂原子炉が生産した電力でイオンエンジンを駆動して実際の推進力を得る。

イオンエンジンは2つの方法で動作します。一つは電磁場を利用した「ホール効果」でイオンを加速する方式であり、もう一つは「グリッドイオン推進器」で正電荷イオンを負電荷グリッドに向けて加速させて噴射する方式である。作動時に特有の青色を放つ。

内太陽系探査では、太陽光パネルでイオンエンジンに電力を供給する「太陽電気推進」が用いられる。しかし、太陽から離れるほど太陽光効率が急減するため、外行性探査には核電気の推進が必須である。

今後の展望 [AI分析]

SR-1フリーダムが成功すると、惑星間宇宙旅行のパラダイムが転換される可能性が高い。核電気の推進は火星だけでなく、木星、土星などの外行性探査、さらには星間前哨基地建設の基盤技術になることができる。

特に有人火星探査時代が迫り、大量貨物輸送の必要性が高まっている。核電気推進の高い燃料効率は貨物船や普及船に適しており、有人探査インフラの構築に重要な役割を果たす見通しだ。

ただし、宇宙空間での核分裂原子炉の運用は技術的難題が少なくない。放射線遮蔽、熱管理、長期信頼性確保などが解決すべき課題だ。 2028年の発射目標が現実化するためには、今後3年間に集中的な技術開発がなされなければならないものと見られる。