小惑星探査機「はやぶさ2」地球へ帰還中③ 皆さんのアイデアと津田先生のコメント「どうやって小惑星を深く掘る?」

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2月23日、「はやぶさ2」のプロジェクトマネージャー津田雄一先生をお招きして、「小惑星探査機「はやぶさ2」地球へ帰還中~プロジェクトを率いるキーパーソンとクールに熱く語り合う」のイベントを日本科学未来館で開催しました。

イベント中に津田先生から皆さんに2つの問いが出されました。
「どうやって小惑星を深く掘る?」
「大量にサンプルを持って帰ってきたら何をする?」

会場の皆さんは付せんに一生懸命考えた思い思いのアイデアを書いてくださいました。その数なんと120枚!
津田先生に見ていただいてコメントをたくさんもらいましたので、1つ目の問いからご紹介していきます。(2つめは次の記事で!)

イベントについては以下の記事をご覧ください。
◆小惑星探査機「はやぶさ2」地球へ帰還中① あのとき、管制室では何が起こっていた?
 https://blog.miraikan.jst.go.jp/event/202003252-6.html
◆小惑星探査機「はやぶさ2」地球へ帰還中② 「次」があるなら何をしたい?
 https://blog.miraikan.jst.go.jp/event/202003252-7.html
◆小惑星探査機「はやぶさ2」地球へ帰還中③ 皆さんのアイデアと津田先生のコメント「どうやって小惑星を深く掘る?」
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◆小惑星探査機「はやぶさ2」地球へ帰還中④ 皆さんのアイデアと津田先生のコメント「大量にサンプルを持って帰って何をする?」
 https://blog.miraikan.jst.go.jp/event/202005202-9.html


問い:どうやって小惑星を深く掘る?

ポイント:小惑星は重力がとても小さいので(リュウグウの重力は地球の約8万分の1)、地上でドリルを使って掘る感覚で掘ろうとすると、掘る反動で探査機自身が浮き上がってしまいます。小惑星の特殊な環境で地面を深く掘るにはどういう方法があるでしょうか?


<探査機自身がドリルを使って掘る>

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松島:ドリルを使って掘るというアイデアを多くいただきました。その中でも掘る時に反動で浮き上がってしまう問題を解決する方法として"固定する"というのをイラスト付きで描いてくれた方も多かったです。

津田先生:まず、嬉しいのは小惑星という環境をちゃんと理解していただいているというところですね。単にドリルを持って行ったのでは上手くいかないところを、どうしてうまくいかないのか、そのためには足場が必要とか、アンカー方式でやるとか、何かしら小惑星に張り付いた状態を維持するための仕掛けが必要ということを、ちゃんと理解していただけていると思います。
アンカー方式というのは海外でも実際に行われたことがあるんですよ。ヨーロッパのロゼッタという探査機がチュリュモフ・ゲラシメンコ彗星で、着陸機を分離し、着陸する瞬間にアンカーを打って固定する方式を試みたのですが、失敗してしまったんです。

松島:そうなんですか!アンカーを打つ時に難しい点はどんなところですか?

津田先生:アンカーを天体の表面に刺すためには、その天体の硬さを知らないといけません。さらに地面に対してほとんど垂直に当たらなければいけない。地面はデコボコしているので打ち込んだ時にちゃんと垂直に地面に当たるかは分からないですよね。たまたま真上からアンカーを打ったとしても、岩の横っ腹に当たってしまったら全然刺さらない。地球ではコントロールできない、着いた相手次第というところがあるので、初めての天体に行ってそこでアンカーを打つのはけっこう大変なんですよ。

松島:掘る・刺すとなると、小惑星の硬さや密度も大事そうですね。

津田先生:そうです。パワフルなドリルを持って行かなきゃいけない。アンカーを刺すのもどういう所に刺すかが分からない状態で持って行くというのが難しいところですね。


<探査機本体から分離したロボットが小惑星を掘る>

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松島:分離したロボットが掘る場合、どんな良さや難しさがあるのでしょうか?

津田先生:探査機本体がリスクを冒すよりはチャレンジングなことはできますよね。ロボットは壊れてもいいからどんどん掘り進めるとか。ただ、そのロボットがどうやって掘るのかというのは解決しなきゃいけないので、あともう一歩、具体的にどんな方法で掘るのかが知りたいですね。


<掘るのではなく、すくう>

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津田先生:すくうときも、地球のようにできないのは足場がちゃんとしていないこと、すくおうとした瞬間に反動で浮いてしまってすくえないということをどう解決するかがポイントです。パクパクするシャベル(UFOキャッチャーのアームのような形)で掘るというのは、両側から挟めば反動がないのでいいですね!だけど、上方向にはどうしても反動があるのでそこは問題ですが。このアイデアは芽があるかもしれないですね。


<小惑星ごと運んで持ってくる>

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津田先生:これができたら楽しいですよね!将来的に資源探査や経済活動としての宇宙開発という点でも、小惑星を地球の近くに持ってくるということはどうしてもやりたくなりますよね。
ちょっと前にアメリカで、数m~数十mのとても小さい小惑星を網のようなもので梱包して、地球の近くに持ってくるということを検討していました。これも難しいのは、小惑星の大きさは行く前に分かっていたとしても、形は行ってみないとわからないし、どのくらいの速さや軸で回転しているかがわからないのです。自転している物を捕まえるというのはとても難しいんですよね。どうやって自転を止めるか、ぐるぐる回っているのを捕まえちゃうと、捕まえた瞬間に探査機自身が振り回されて壊れてしまうということがあるので、それを解決する必要がありますね。
固定方法のところで、長いアームで小惑星をバインドするというアイデアがありましたね。これも小惑星を捕まえるのに近いイメージなのですが、こうやって持って帰られたら本当に楽しいのですが、そのためにはもう一歩進んだ技術が必要です。

松島:小惑星を近くに持ってこられたら楽しそうとおっしゃいましたが、津田先生はリュウグウを地球の近くに持ってこられたら何がしたいですか?

津田先生:まず人が行けますよね。人が小惑星の表面に降り立って、面白い石を見つけて持って帰ったり、地面に触っただけでも色々と分かると思うんです。あとは...個人的にはリュウグウを地球の近くに連れてこられたらとりあえず火をつけてみたいですかね。

松島:えっ!!燃やすんですか!?

津田先生:炭素質なので、酸化剤がちゃんとあれば燃えるはずですよね。燃えるとなると宇宙に石炭のような燃料があることになります。そうすれば、宇宙探査の燃料を宇宙で手に入れることができるということなので、結構面白いんじゃないかなと思います。全部じゃなくていいんですけど、黒くて燃やせそうな石にちょっと火をつけてみたいです(笑)


<爆発させる>

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松島:個人的に「導爆管(ロープ状の爆薬)を巻き付けて爆発させ、小惑星を半分に割って、その断面からサンプルを採る」というアイデアは好きなんですが、いかがですか?

津田先生:これはすごいですね(笑)小惑星表面で爆弾を使って掘るというのはアリだと思います。実は爆弾を使うというのは我々もはやぶさ2の人工クレーターを作る方法として考えた案の一つなんですよ。でもはやぶさ2では、上空で爆発させて地面には球の勢いだけでぶつけて穴をあけるという方式をとりました。その理由は、小惑星の表面で爆弾を使うと、複雑な火薬の成分が混ざってしまうので、「一生懸命穴をあけて取ってきたサンプルが実は地球で作った火薬の成分でした」となると嫌だねということで却下になりました。

松島:だからはやぶさ2で穴を掘るのは爆発ではなくて"衝突"にとどめたんですね。

津田先生:はい。上空で爆発させた火薬の成分の混入はゼロではありませんが、比較的少ない設計になっています。
もし「とにかく深く掘る!」という目的だったら、爆弾で小惑星を割るというのは本当に面白いと思います。目的によりますね。


<探査機を2つ使う>

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松島:2機の使い分けとしては、片方を小惑星にぶつけて穴をあけるのに使ってもう片方で回収する案や、片方は探査用にしてもう片方は持ち帰り用にする案など、色々ありますね。個人的には、例えばリュウグウにもう1機送れば、素性を熟知したリュウグウに特化した攻め方が計画できるのではないかなと思うのですが。いかがでしょうか?

津田先生:科学的には大ありなのです。この場合のハードルを挙げるとすれば何百億円の2 倍が必要ということでしょうか。2機も送る価値があるのかどうか、どうしてもお金の話になってしまうんです。2機送るのであれば、2機目は別の新しいところへ行って新しい天体の素性を明らかにしていった方がいいのではないかと。そういった議論の中で,2機送ることが科学的に意義があり面白い計画であれば、魅力的な選択肢になると思います。


<小惑星を素材にする>

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津田先生:これができたらすごいですよね、世界が変わります!はやぶさ2などの探査機の壁面の厚みや太陽電池パドルの厚みなどは、打ち上げの環境に耐えるための丈夫さで決まっているのですが、ひとたび宇宙に出たら紙のような薄さでも形状が保てるんです。打ち上げの瞬間に耐えるためだけに丈夫に作られていたのが、小惑星で部品などものづくりができるようになったら、宇宙探査のやり方が一変しますよね。


<高出力のレーザーで割る>

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津田先生:これは芽があると思うんですよ。地球上でやっているように石をレーザーカットすればいいんですよね。高出力のレーザーを宇宙に持って行くことができれば、結構いろいろなことができると思います。

松島:実現するのはどれくらい難しいんですか?

津田先生:例えば、レーザーで金属の表面にちょっと模様を書くとか、薄い板をレーザーカッターで切るのは今もできますよね。10 cm角の大きさの石をレーザーでスパッと切るとなると、大きな電源が必要で、なかなか今すぐにというのは難しいと思いますが、そう遠くない将来に出来るようになると思います。

松島:レーザー側の技術の発展にも期待ですね。

津田先生:そうですね。個人的にはこのアイデアは面白いと思います。


いかがでしたか?小惑星探査が抱えるリアルな難題を、皆さんと津田先生も一緒に議論していると、なんだかみんなでプロジェクトを進めているような感覚になりますね。次の記事では、2つめの問い「大量にサンプルを持って帰って何をする?」と番外編の問い「はやぶさ3があったら何がしたい?」をご紹介します。

小惑星探査機「はやぶさ2」地球へ帰還中④ 皆さんのアイデアと津田先生のコメント「大量にサンプルを持って帰って何をする?」
https://blog.miraikan.jst.go.jp/event/202005202-9.html