水星の謎に挑む探査機「MMO」 - 灼熱の世界でも生き延びる仕組みとは?

銀色に光り輝く探査機

MMOの形状は、直径1.8mの円に内接する8角柱。上面中央にはハイゲインアンテナが立っており、これも含めた高さは約2.4mとなる。重さは約280kgだ。

水星磁気圏探査機(MMO)。システムメーカーはNEC

火星探査機「のぞみ」は約540kg、金星探査機「あかつき」は約500kgだった。これに比べると、MMOはかなり軽い探査機だと思われるかもしれないが、注意して欲しいのは、MMOには軌道制御用のエンジンや燃料が搭載されていないこと。燃料を含まない重量(ドライ重量)で比べればほぼ同規模で、のぞみ(約256kg)よりは重いくらいだ。

MMOにおける最大の技術的課題は、水星での高温環境にどう対応するかということだ。水星は最も太陽に近い惑星であるため、非常に熱い。その軌道上では、太陽光の強度は地球の10倍以上にもなるという。探査機内部への熱の流入を抑えることができなければ、探査機はあっという間に壊れてしまうだろう。

MMOにおける熱対策。太陽には常に側面を向け、底面から熱を逃がす

通常、探査機や衛星は金色の「MLI(多層断熱材)」で覆われている。MLIで熱の移動を遮ることで、熱くなりすぎたり冷えすぎたりすることを防いでいるのだが、水星は熱すぎるため、MLIでは耐えることができない。

そのため、MMOの外周部には、「OSR(Optical Solar Reflector)」と呼ばれる鏡が貼られている。このOSRは、ガラスに銀蒸着を施したもので、太陽光を反射して熱入力を抑えつつ、ガラスから放出する赤外線で内部の熱を外に逃がすことが可能。通常の探査機や衛星でも、放熱部で使われているのだが、それを全面に適用したというわけだ。


OSRのアップ。1辺数cmのタイル状の素材であることが分かる	放熱面の底面もOSRで覆われている。ここから熱を放出する

ただし、探査機の外部を完全にOSRで覆ってしまうわけにはいかない。太陽電池、アンテナ、センサーなどは外部に露出する必要があるからだ。

太陽電池は、MMO本体の上半分に貼られているのだが、OSRと違って熱を吸収してしまう。この熱が探査機内部に伝わるのを避けるため、じつはこの裏側は空っぽ。探査機の"中身"が入っているのは、じつは下半分のみなのだ。厚さ30cmの円盤内に機器を詰め込んだわけで、かなり高密度な実装だと言えるだろう。

そして太陽電池の裏側の面にはOSRが貼られており、吸収した熱を宇宙空間に放出する。それでも、太陽電池の表面温度は230℃になってしまうそうだ。


太陽電池が貼られている上半分の中身は空洞。機器は下半分に入っている	上から覗くと、ギリギリ内側の面のOSRが見えた。ここで熱を逃がす

MMOで最も高熱になる場所はハイゲインアンテナ(HGA)である。探査機本体はスピンしているため、日向と日陰の繰り返しで熱的にある程度マイルドになるのだが、HGAは通信のため、常に地球に向ける必要がある。そのため、逆回転するモーターでスピンが止められており、アンテナの温度は最高400℃にもなると予想されている。

MMOイメージCGその2。逆回転がかけられ、ハイゲインアンテナはずっと地球を向く (C)JAXA)


HGAは平面型。畳んだ状態で打ち上げられるが、公開時には展開していた	表面にはヘリカルコイルが500個並ぶ。配置は同心円ではないそうだ