宇宙レベルの商品です！宇宙飛行士は軌道上でどうやって「宇宙ステーション大ヒット映画」を撮影するのでしょうか?

制作：中国科学普及協会

著者: Shi Chang (物理化学博士)

プロデューサー: 中国科学博覧会

世界写真デーは、世界中の写真愛好家にとって重要なお祭りです。毎年8月19日には、写真家が撮影した美しい写真を鑑賞することができます。 2024年の世界写真デーには、宇宙写真家による「宇宙ステーションの大ヒット作品」を楽しめる幸運に恵まれます。

サンシャイン

（写真提供：中国有人宇宙飛行WeChat公式アカウント/宇宙飛行士イェ・グアンフー）

窓の外の青い星

（写真提供：中国有人宇宙飛行WeChat公式アカウント/宇宙飛行士イェ・グアンフー）

雄大な山々と川

（写真提供：中国有人宇宙飛行WeChat公式アカウント/宇宙飛行士イェ・グアンフー）

この宇宙写真家は、神舟18号有人宇宙船の司令官、葉光復氏です。宇宙ステーションの舷窓から地球のまばゆいばかりの美しさを捉え、想像を超える衝撃の“宇宙ステーション超大作”を次々と撮影した。これらの写真を撮るにはどのような条件が必要ですか?

宇宙ステーションの舷窓：宇宙飛行士が外の世界を見るための「窓」

宇宙ステーションで写真を撮りたい場合、まず優れた観察窓が必要です。こののぞき窓は舷窓と呼ばれ、防水または気密性のある円形または特殊な形状の窓で、換気、照明、景色の観察に使用されます。

宇宙ステーションにおいて、舷窓は宇宙飛行士が地球の美しい景色を楽しむための窓であるだけでなく、宇宙船の運行状況を観察したり、科学実験を行ったり、宇宙飛行士の安全を確保したりするための重要な施設でもあります。宇宙飛行士が写真を撮るための前提条件となるのは、車のフロントガラスに似たこの窓です。

宇宙ステーションの舷窓

（写真提供：veerフォトギャラリー）

ガラスが明るくなり、画像が鮮明になってきました。

外界を観察するための窓である舷窓は、まず高い透明度が求められます。中国の宇宙飛行士が宇宙で撮影した写真を比べてみると、神舟5号から天宮宇宙ステーションに至るまで、宇宙飛行士が撮影した写真の鮮明度がどんどん高くなっていることが分かる。この後ろには透明な舷窓があります。

車を運転する友人は、長時間運転するとフロントガラスにたくさんの汚れがつき、外の世界を観察する鮮明さに大きな影響を与えるという経験をしたことがあるでしょう。舷窓も同様で、特に宇宙空間の高エネルギー粒子の衝撃や摩擦により、その表面は簡単に傷が付く可能性があります。

車のフロントガラスの汚れ

（写真提供：veerフォトギャラリー）

この問題に対処するため、中国科学院上海陶磁器研究所は、目に見えないシールドのような役割を果たし、宇宙塵や粒子の侵入から舷窓を保護し、宇宙船の「目」が常にクリアで明るい状態を保つ、ハイテクな汚染防止コーティングを開発した。この技術により、宇宙飛行士は優れた視聴体験を得ることができ、何の障害もなく故郷の惑星の素晴らしい景色を鑑賞することができます。

頑丈で信頼性の高い、ハイテクな宇宙ステーションの窓

宇宙ステーションは地球近傍領域で楕円軌道を描いて地球を周回し、定期的に地球の影と太陽が照らす領域に入ります。この急激な位置の変化により、宇宙ステーション内で大きな温度変動が生じ、最大温度差は 200 ℃ を超えます。

熱いお湯の入ったグラスにすぐに冷たい水を入れると爆発する危険があります。宇宙ステーションの舷窓ガラスも同様です。普通のガラスは、このような大きな温度差に耐えることはほとんどできません。この重い責任に耐えられる素材は何でしょうか?

割れたカップ

（写真提供：veerフォトギャラリー）

溶融シリカガラスは、溶融石英ガラスとも呼ばれ、特殊なハイテク素材です。ガラスは製造工程中に数千度の温度にさらされますが、熱膨張係数が極めて低いため、極端な高温および低温環境でも構造的安定性を維持することができます。さらに、このタイプのガラスは非常に強度が高く、高速で飛行する宇宙ゴミの衝撃にも耐えることができます。その強度は防弾ガラスよりもはるかに高いです。

こうしたハイテク素材で作られた宇宙ステーションの舷窓のコストは決して安くはないが、中国の天宮宇宙ステーションにはこうした舷窓が複数ある。天宮宇宙ステーションのコアモジュール睡眠エリア、文天モジュール睡眠エリアなどのエリアにもこのような舷窓があると報告されている。また、宇宙ステーションの建設が進むにつれて、中国の宇宙飛行士のための「スカイビュールーム」には、より包括的な観測ニーズを満たすために、さらに多くの観察窓が追加される予定です。

宇宙ステーション

（写真提供：veerフォトギャラリー）

安定した飛行姿勢、特殊な「手ぶれ防止」技術

中国の天宮宇宙ステーションの飛行姿勢を維持することも、宇宙飛行士が「良い写真を撮る」ための重要な要素である。制御トルクジャイロスコープは宇宙ステーションの姿勢制御に重要な装置です。高速回転するフライホイールを利用して角運動量を得て、角運動量の方向を変えることで外部にトルクを出力し、宇宙ステーションの姿勢を精密に制御します。

ジャイロスコープ

（写真提供：veerフォトギャラリー）

この技術はかつて中国の航空宇宙技術にとって「障害」となっていた。中核技術が外国によって阻止されている問題を打破するため、中国の航空宇宙関係者は、高精度、高速応答、長寿命、高信頼性などの利点を兼ね備え、大型のポートホール映画の撮影に基本的な保証を提供する制御トルクジャイロシステムの開発にたゆまぬ努力を重ねてきた。

高度な写真撮影技術は宇宙飛行士が写真を撮るための強力なツールである

上記の条件を満たせば、宇宙で写真を撮ることはできますか？すべて準備は整っており、欠けているのは「東風」だけです。この「東風」とは、高度な撮影機材のことです。近年、写真技術の発展は急速です。携帯電話のカメラのピクセル数は、数千万、あるいは数億に簡単に達することがあります。月の写真を撮ることは、すべての主要な主流の写真機材にとって必須のスキルとなっています。

高度な超高解像度カメラアレイは、豊かなディテールと豊かな色彩を維持しながら、1 億ピクセルを超える画像を簡単に撮影できます。大気の乱れや宇宙ステーションのわずかな振動によって生じる画像のぼやけをリアルタイムで補正するカメラ内蔵の適応光学システムと相まって、宇宙ステーションの写真を撮ることはもはや困難ではありません。

デジタルカメラ

（写真提供：veerフォトギャラリー）

航空宇宙技術の急速な発展と科学技術の継続的な進歩により、地球に対する私たちの理解はますます深まっています。これらのハイテクの成果は、私たちに地球の壮大さと魔法を目の当たりにさせるだけでなく、人類の無限の好奇心と未知の世界を探検したいという欲求を刺激します。将来、私たちはさらに衝撃的な「宇宙ステーション大作」の誕生を期待し、人類の宇宙産業の輝かしい一章を共に目撃するでしょう。

参考文献:

1.Dote H、Theodore KT.スペースシャトルオービターの窓システムの構造解析とテスト[J]。Journal of Spacecraft & Rockets、2013年。

2.マルジョッタ DV、ピーターズ WC、ストラカ SA、他。宇宙探査のためのロータスコーティング - 粉塵軽減ツール[J]。 SPIE（国際光工学協会）の議事録、2010 年。

3.白羽、龐和偉、孔子正。微小な破片による宇宙船の窓ガラスの損傷に関する追跡研究[J]。宇宙船環境工学、2009年。

4. 金磊、徐世傑。シングルフレーム制御モーメントジャイロとモーメンタムホイールを用いた宇宙船姿勢追跡制御の研究[J]。アクタ・アストロノーティクス、2008年。

5. 袁建鵬。航空宇宙材料におけるコーティング技術の応用[J]。新素材産業、2012(10):5.DOI:10.3969/j.issn.1008-892X.2012.10.013.