伸展式太陽電池アレイ

伸展式太陽電池アレイ（Roll Out Solar Array、ROSA）およびその拡大版であるISS伸展式太陽電池アレイ（iROSA）とは、レッドワイヤー（英語版）が開発および展開している宇宙船用の軽量で柔軟性のあるの電源^[1]。

飛行中のスペースX Crew-2から撮影されたiRosaパネル

P6トラスのズームカメラから見た、新たに展開されたiROSAパネル

国際宇宙ステーションでロボットアームに保持されたROSA

この新式の太陽電池アレイは従来の太陽電池アレイよりも少ない質量で大きな電力を発生する^[2]。人工衛星に電力を供給する従来の太陽電池アレイは重たいパネルを機械的なヒンジを使って折りたたんでいるため嵩張っている。宇宙空間へのペイロードは質量と体積が制限されており、ROSAは同等の能力を有する従来型アレイよりも20パーセント軽量で（質量325 kg）^[3]、運搬時の体積も1/4と小型である^[4]。

ROSAは柔軟で巻き上げることができるので、巻き尺を巻き枠から引き出すのと同じ方法で展開できる。この太陽電池アレイは打ち上げ時は場所をとらない円筒状に巻き上げることができ、軽量なので人工衛星の電力を増やす際に必要とされるコストを抑えることが可能である。。ROSAには電力を発生する太陽光発電セルの連なりを支える柔軟な素材で作られたセンターウィングがある。ウィングの両側には高張力複合ブームと呼ばれる、アレイを支えるためのウィングの全長に渡って展開する幅の狭いアームが配置されている。このブームは硬い複合材料で作られた割り管のような外観で、平らにされて長手方向に巻き上げられている。アレイの展開には動力機構は不要である。展開はブーム内部に蓄えられたエネルギーが解放されることによってブームがコイル状から真っ直ぐな支持アーム状に変形することで行われる。太陽電池ウィングは、構造物両端の巻き上げられたブームの張力によって展開される。

特許編集

ブライアン・R・スペンスおよびスティーヴン・F・ホワイトが2010年1月21日にこのアイデアに関する最初の特許を申請した^[5]。両名は2014年4月1日に特許を取得した^[5]。

来歴編集

ケネディ宇宙センターの宇宙ステーション整備施設で組み立てられるISS伸展式太陽電池アレイ

NASAは数年前^[いつ?]にROSA技術を地上の真空チャンバーで試験したが、2017年6月18日に宇宙空間でも試験することを決定した。ROSAは6月3日にスペースX CRS-11に搭載されて打ち上げられた^[3]。2017年6且17日から18日にかけて地上の技術者が国際宇宙ステーションのカナダアームを遠隔操作して、スペースX ドラゴン補給船から伸展式太陽電池アレイ（ROSA）実験体を取り出した。機構の観察後に地球に帰還させることは計画されていなかった。太陽電池アレイは6月18日に広げられ、1.6 m幅のウィング両側のブームの張力によって展開された^[6]。NASAは1週間の継続的な試験を実施して、その結果を観察することを決定した。技術者は、ISS軌道上での極端な温度変化に晒されたときの太陽電池アレイの挙動を観察した。構造荷重に対するアレイの応答を調べるために単発振動と連続振動も機械的に与えられた^[7]。実験に続いて、地上管制は太陽電池パネルを収納状態でロックすることができなかった。そのため、太陽電池アレイは12日間の試験のあとで、6月30日に国際宇宙ステーションから投棄された^[8]。

第65次長期滞在でカナダアーム2に把持されるiROSA

2021年6月に新しい2枚のiROSA太陽電池パネルが国際宇宙ステーションのP6トラスのマスト格納容器に取り付けられた^[9]。2枚の設置にはそれぞれ6時間を要し、シェーン・キンブロー（英語版）およびトマ・ペスケ両飛行士が3回の船外活動を行った^[10]^[11]^[12]^[13]。2枚のアレイは軌道上の昼間には合計120kWの追加の補助電力をステーションに供給できた^[14]。

応用編集

ROSAは大電力を発生する能力があるにも関わらず非常に小型なので、大きなエネルギー総量を必要とする惑星間旅行などの将来のミッションでの活用が期待されている。

時間経過とともに、既存のISSのトラスに取り付けられた太陽電池アレイの太陽光発電セルは徐々に劣化することから、15年の運用寿命で設計されている。このことは2000年に打ち上げられたP6トラスのパネルと、2006年のP4トラスのパネルで顕著である。

太陽電池を補強するために、NASAによって3対のiROSAとして知られる拡大バージョンを2021年6月上旬から2022年後半のスペースX CRS-22、CRS-26および将来のミッションでスペースX ドラゴン2貨物宇宙船の荷室に搭載して打ち上げることが計画されている。これらのアレイは、既存の太陽電池パネルの中心線に沿って2/3の長さに展開される^[15]。

太陽電池パネルを保持するP6トラスのマスト格納容器へのiROSA支持ブラケットの設置は2021年2月下旬の第64次長期滞在の乗組員によって行われた^[16]^[15]。6月上旬にアレイの最初の一対が打ち上げられたあとで^[12]、6月16日に第65次長期滞在乗組員のキンブローとペスケによるP6トラスのマスト格納容器へのiROSAアレイの設置と2B電力チャンネルへの接続のための船外活動が行われ^[17]、宇宙服のコンピューターの誤動作と、iROSAが設置に関する技術的な問題に遭遇した結果、7時間15分で船外活動が打ち切られた^[18]^[19]。6月20日と25日に、それぞれ6時間28分と6時間45分をかけた2回の船外活動が行われ^[19]、キンブローとペスケは1枚目のiROSAの設置と、2枚目のiROSAのマスト格納容器への設置及び4B電力チャンネルへの接続を完了した^[19]^[9]^[10]^[13]。

次の一対のiROSAアッセンブリーはそのうちの一枚をP4トラスに取り付けることになっている。第65次長期滞在の星出彰彦およびマーク・T・ヴァンデハイ両宇宙飛行士は8月24日に先行するブラケットの設置を行う予定だった^[20]。

この作業はヴァンデハイが「軽微な医学的問題」に直面したことから9月に延期された^[21]。トマ・ペスケがヴァンデハイに代わって作業を行った。船外活動は9月12日に行われ、6時間45分を要した^[22]。

ROSAを全展開したDART衛星

月軌道プラットフォームゲートウェイの電力・推進装置（英語版）およびDARTミッションでも太陽発電推進（英語版）でROSA技術を使用する予定である。

DARTに搭載されたROSAは宇宙機が宇宙を航行してディディモス小惑星系に到達することを可能にする。柔軟で巻き上げられる太陽電池モジュールは軽量でより小型であり、宇宙空間では硬く、iROSAよりも小面積である。2枚のアレイはゆっくりと展開しして、全長8.53 mに達する。DARTは新型アレイの初めての実証飛行となり、将来の密書での使用への道を開くものである。レッドワイヤー（英語版）はROSAを2021年5月にAPL（英語版）に納入し、慎重に宇宙機にROSAを搭載するためにAPLのチームとともに数週間にわたって作業した。搭載は2021年8月13日に完了した^[23]。