太陽電池パネル：宇宙探査の保護傘

仲の良いカップルが結婚記念日を祝うのと同じように、今年5月は中国の宇宙計画による火星との「親密な遭遇」から1周年を迎える。現在、珠容探査車は火星上で約2キロメートルを移動し、大量の観測データを送信し、多くの興味深いものに遭遇し、中国の火星や他の惑星への宇宙探査の「火花」を散らしている。

天問1号の後継機である天問2号小惑星探査機は試作開発段階に入り、総合的な試験が行われている。 2025年に打ち上げられる予定だ。小天体の探査は、中国の宇宙計画がまだ深く探査していない分野だ。天問2号は、深宇宙探査用の「保護傘」となる柔軟な太陽翼の助けを借りて、地球近傍小惑星への護衛任務を遂行し、サンプルを持ち帰る予定で、この任務は最長10年続く可能性がある。フレキシブルソーラーウィングは、我が国の航空宇宙技術の国際競争力の向上に貢献すると言えるでしょう。

中国の宇宙ステーションに設置された太陽電池パネル（写真提供：中国有人宇宙飛行事務所）

公開情報によると、天問2号探査機は主探査機と帰還カプセルで構成されている。主探査機の主電源システムは、大きく開いた傘のような独特な構造の円形の柔軟なソーラーウィングです。研究者らは、探査機の軟着陸時に従来の太陽電池パネルが地面に接触するリスクを軽減するために、この特別な「傘」の構成を選択しました。

「天問2号」は二重翼構造を採用しており、片翼の面積は17平方メートルに達する。これほど大きな太陽電池パネルを搭載している理由の一つは、ミッションの目標が野心的だからだ。天問2号が小惑星のサンプル採取と帰還ミッションを完了した後も、主探査機はおそらく深宇宙への飛行を続けることになるだろう。この過程で得られる太陽光の量はどんどん少なくなるため、ソーラーウィングを意図的に大きくする必要があります。

ソーラー ウィングは、深宇宙探査の旅の間、航空機が継続的に使用できるように太陽エネルギーを電気エネルギーに継続的に変換する、まさに「保護傘」です。周知のとおり、宇宙船にとって最も歓迎される WiFi ワイヤレス充電器と同様に、途切れることなく大量の太陽エネルギーが宇宙環境に拡散します。

通常、太陽電池 1 個では需要を満たすことができないため、直列および並列に接続された太陽電池と関連構造で構成される発電装置を太陽電池アレイと呼びます。それは宇宙船の「栄養士」のようなもので、太陽エネルギーをさまざまな機器が直接吸収できる「栄養パッケージ」に絶えず「調理」しています。

ロケットのサイズなどの制限により、研究者は宇宙船を打ち上げる前に太陽電池パネルを折りたたんだり圧縮したりする必要がある。宇宙では、太陽電池パネルは伸ばされて開かれ、宇宙船の飛行中は太陽にできるだけ近づくようにその方向が絶えず調整され、最も効率的な太陽光入力が得られるようにする。ある人は、鳥が枝で昼寝をするときには翼をたたみ、高く飛ぶときには翼を広げて空を突き破る様子に似ていると説明しました。

展開は、ソーラーパネルが稼働するための標準的な動作です。国際宇宙ステーションの新しい太陽電池パネルは巻物のように展開しますが、これは驚くべきことです。実際、ソーラーウィングの数、形状、展開方法は、設定された機能に基づいて事前に決定されます。

フレキシブルソーラーウィングの基板は非常に柔軟で、厚さも非常に薄く、通常は 0.5 mm を超えません。最大の利点は、折りたたんだときの体積が小さくなり、重量が軽くなること。もちろん、技術や構造もより複雑になっています。

現在、国産ロケットで1キログラムのペイロードを打ち上げるコストは約5万～10万元だ。同じ面積の柔軟なソーラーウィングは、硬いソーラーウィングよりも 20% 以上軽量です。航空宇宙技術の発展により、重量が40％以上削減されることも予想されており、打ち上げコストを大幅に削減できる可能性があります。

中国のロケットが宇宙へ打ち上げられる（写真：王江波）

将来、コストが低下し、技術革新が進むにつれて、太陽​​翼の「傘」の機能的位置付けはますます明確になり、遠く離れた地球外惑星の探査のためのより大きな想像力と開発スペースが提供されるでしょう。