もう「チリ」なんて言わせない、はやぶさ2ならグラム単位も!? 〜サンプラーの仕組み【後編】〜：次なる挑戦、「はやぶさ2」プロジェクトを追う（3）（3/3 ページ）

小惑星からのサンプルリターンが「はやぶさ」シリーズのミッションだ。小惑星探査機「はやぶさ2」では、初代はやぶさに採用されたサンプラー（試料採取装置）をベースに、さらなる改良がなされている。【後編】では、その変更点を中心に見ていくことにしよう。

[大塚実，＠IT MONOist]

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粒子だけではなくガスの分析も

　地球への帰還後、貴重なサンプルが地球大気によって汚染されるのを防ぐために、サンプルコンテナには気密性が求められる。

　初代の地球帰還カプセルでは、バイトン（フッ素系ゴム）のOリングがシーリングに使われていたが、実は、これには“完全な気密性”はなく、少しずつ気体が透過してしまうという問題があった。そのため、カプセル回収後、速やかに窒素環境に置く必要があった。

　この初代での経験を踏まえ、「はやぶさ2」では気密性をより高めるために、金属だけのメタルシールに変更になった。

　「『はやぶさ2』のミッションだけに限れば、バイトンのOリングでも意義は失われない」（澤田氏）とのことだが、将来のミッション、例えばもっと遠い小惑星や彗星からのサンプルリターンで、サンプルに水や氷が含まれているようなときには、ほんのわずかではあるが大気を透過させてしまうOリングは使いたくない。「はやぶさ2」でのメタルシールの採用は、将来のミッションを見据えたものなのだという。

　実はこのメタルシール、初代でも検討されたのだが、コンテナのふたをしめる力が弱かったため、メタルシールの採用を諦めた。実際に採用されたバイトンのOリングであれば、シール面に何かゴミなどが付着したとしても、Oリングが変形するのでシーリングは保たれる。しかし、金属だけのシールだと、より大きな力でしめないとシール性能は保たれない。

　地上でメタルシールは一般的だが、通常はしめるのに1t以上の力が使われるという。はやぶさシリーズのような小さな探査機で、これほどの大きな力を実現することは技術的に困難だが、初代の約100kgから「はやぶさ2」では約200kgに強化した。さらに、シールの歯が当たる角度などを工夫することで、何とかめどが立ったとのことだ。

　気密性が向上したことで、ガスの分析も可能になると期待されている。「はやぶさ2」では、ガスの分析も最初から考慮した設計になっており、サンプルコンテナの底を一部だけ薄く変更。カプセル回収後、この部分に特殊な真空装置を取り付けて、外部から穴を開けてガスを採取する計画だ。

この10年で実験環境が激変

　「はやぶさ2」の開発について、1つ付け加えておきたいことがある。それは、初代の開発当時に比べ、無重力実験（正確には微小重力実験）環境に大きな変化があったことだ。

　初代の開発当時、日本には、北海道と岐阜県に大型の無重力実験設備があった。北海道上砂川町には地下無重力実験センター（JAMIC）、岐阜県土岐市には日本無重量総合研究所（MGLAB）という地下の縦穴を利用した設備があり、それぞれ、約10秒と約4.5秒の無重力落下実験を行うことができた。当然ながら初代の実験でもこれらの施設が使われた。ところが、2003年にJAMICが、2010年にMGLABが相次いで閉鎖してしまい、現在、日本でこのクラスの実験ができる地上設備はなくなってしまった。

　真空環境や温度環境と違い、無重力環境は、地上でなかなか模擬することが難しい。特に、サンプラーのような装置では、重力の有無によって粒子の挙動が大きく変わるため、どうしても無重力実験が必要になる。「はやぶさ2」のサンプラー開発では海外の実験設備を利用するしかなく、既にドイツで2回の実験を行っているのだが、国内でやれた当時とは異なり、そう頻繁に行えないのが現状だ。

　ただ、北海道赤平市の植松電機には、北海道宇宙科学技術創成センター（HASTIC）の50m落下塔「コスモトーレ」があり、2.5秒程度の無重力実験を低コストで行うことが可能だ。弾丸が当たってサンプルが格納されるまでの模擬には不十分だが、「基本的な現象は当たった瞬間の1〜2秒の間」（澤田氏）とのことなので、今後、実験に利用されるかもしれない。

HASTICの50m落下塔「コスモトーレ」。カプセルを上から自由落下させ、その内部で微小重力の実験を行う　【画像クリックで拡大表示】

　無重力実験は、国際宇宙ステーション（ISS）のウリの1つでもあるが、コストや準備期間を考えれば、そうそう使えるものではない。「10秒以下でいいから安く実験したい」というニーズに国内で応えられないというのは、ちょっと考えさせられるところだ。（次回に続く）

筆者紹介

大塚 実（おおつか みのる）

PC・ロボット・宇宙開発などを得意分野とするテクニカルライター。電力会社系システムエンジニアの後、編集者を経てフリーに。最近の主な仕事は「小惑星探査機「はやぶさ」の超技術」（講談社ブルーバックス）、「宇宙を開く 産業を拓く 日本の宇宙産業Vol.1」「宇宙をつかう くらしが変わる 日本の宇宙産業Vol.2」（日経BPマーケティング）など。宇宙作家クラブに所属。

Twitterアカウントは@ots_min