理化学研究所(理研)を中心とする国際的な研究グループが、地球の周回軌道に多数散在しているスペースデブリ(宇宙ゴミ)を強力なレーザー照射で大気圏に再突入させて排除する技術を発表した。この技術を実用化できれば、宇宙開発の大きな障害となる「cm サイズ」スペースデブリの大部分を5年ほどで除去できると見込む。

理研がレーザー装備の軌道お掃除ロボを提案、宇宙開発の邪魔者スペースデブリを除去せよ!
高強度レーザーでスペースデブリを除去する

スペースデブリとは、地球の衛星軌道を周回している人工的な“ゴミ”。ロケットや人工衛星の不要になった部品、船外活動で誤って“落としてしまった”工具などがデブリ化し、デブリ同士が衝突してさらに小さなデブリになったりして数が増えている。さらに、2007年に中国が老朽化した気象衛星を弾道ミサイルで破壊したり、2009年にロシアの軍事通信衛星と米国の通信衛星が衝突したりといった事態でも、大量のスペースデブリが発生した。2000年から2014年の期間にスペースデブリの量は約2倍に増え、現在およそ 3,000t も漂っているとみられる。


大きさがある程度以上のスペースデブリは、北米航空宇宙防衛司令部(NORAD)が存在を把握しており、衝突などの事故を未然に防ぐ体制が整っている。問題は、管理カタログに登録されておらず、地上からの検出が困難な 10cm 以下のものだ。小さいデブリであっても、地球を周回しているため高速移動しており、人工衛星や宇宙ステーションとの相対速度は秒速 10km を超えることがある。衝突すると致命的な事故につながりかねない。

サイズが 0.3cm から 10cm のスペースデブリは数が約70万個以上と非常に多く、検出が困難で軌道もバラバラなことから、回収は極めて難しい。軌道上の希薄な大気によるブレーキ効果で減速し、大気圏再突入で自然に消滅するのを待つしかなかった。

理研らが今回発表したのは、数 cm サイズの小さなスペースデブリを除去する手法。軌道上の人工衛星/宇宙ステーションに搭載した装置から高強度レーザーをスペースデブリに照射し、デブリ表面の蒸発/浸食でアブレーション現象を起こさせ、生ずるプラズマ噴出(プラズマ アブレーション)の反作用でデブリを減速させる。減速の結果、スペースデブリは高度が低下し、最終的に大気圏へ再突入して消滅する。平均パワー 500kW のレーザービーム(パルス幅は約 1ns)をスペースデブリに照射すれば、100? 以上離れた場所から10秒程度の照射で 10cm サイズのスペースデブリを減速/再突入させられるとしている。

スペースデブリにレーザーを照射
スペースデブリにレーザーを照射

速度を落として大気圏に再突入させる
速度を落として大気圏に再突入させる

小さなスペースデブリを検出してその軌道を決定するのは、口径約 2.5m の「EUSO型超広角望遠鏡」で行う。この望遠鏡は、視野が±30°と広く、100km 離れた 0.5? スペースデブリを検出可能だという。

今後、研究グループは国際宇宙ステーション(ISS)などを活用して段階的に技術実証する考え。そして、地球観測用の人工衛星が密集する高度約 700km から 900? の極軌道付近にスペースデブリ除去専用の宇宙機を打ち上げ、密度が高い高度 800? 程度のスペースデブリを取り除くことを提案していく。