【NIACプログラム】金星を探査の救世主

昨日、以下のような記事を投稿しました。

NASAが将来の宇宙ミッションを支援するためのプログラムです。しかも、"今現在できる"ミッションではなく、ハードルはかなり高いが将来的には実現できそうというチャレンジングなミッションの初期検討に対してのプログラムなので、採択されているものはどれも斬新なアイディアばかりです。

その中で、今回は将来の金星探査のための探査機「Heat Exchange-Driven Aircraft for Low Altitude and Surface Exploration of Venus」を紹介します。(ちなみにこれはNIACフェーズIになります。)

Heat Exchange-Driven Aircraft for Low Altitude and Surface Exploration of Venus

名前が長くてややこしいですが直訳すると「金星の低高度と地表の探査を目的とする熱交換式航空機」となります。
概要はこちらに記載されています。以下で一部抜粋しながら解説します。

We propose to investigate a fixed wing aircraft platform concept capable of flying over multiple sites in close proximity to the surface of Venus in a cyclic manner. 
(周期的に金星の地表に接近して、多くの地点の上を航行できるような固定翼のある航空機を検討することを提案する。)

これまでの探査機はみなさんが想像するような"人工衛星"の形のものがほとんどでしたが、飛行機のように翼のある航空機を使って、より低高度から金星を観測することで、より高解像度のデータが得られます。
しかし、このような航空機を利用するというアイディアは火星などですでに検討されており、真新しいことではありません。

Central to this investigation is the development of a system capable of using the heat from the Venusian atmosphere to power a heat engine capable of supplying propulsion and power to the aircraft. In this mission concept, the aircraft descends rapidly to near the surface from ≈ 40 km altitude and cruises in controlled flight in proximity to the surface while heat from the atmosphere is absorbed into a heat sink material inside the aircraft. 
(このミッション検討の核心は、金星大気からの熱を推進力や航空機への電源供給に変換できるシステムを開発することである。このミッションコンセプトでは、航空機は高度40kmから地表まで定期的に下降し、地表面に接近して管制飛行を行う。この際、大気からの熱は航空機の内側の吸熱物質で吸収される。)

After the heat sink comes into thermal equilibrium with the surrounding air, the aircraft then uses stored energy to quickly climb to a higher altitude where it exchanges the energy in the sink through an onboard heat engine (e.g., a Stirling engine) to the cooler outside air. The energy converted by the heat engine is stored in the aircraft in batteries which provide power for propulsion, operation of scientific instruments and communication. After the aircraft comes into thermal equilibrium with the outside air, it is ready to again dive to low altitude and then repeat this cycle multiple times. 
(吸熱物質が周りの空気と熱平衡になったら、航空機は蓄積したエネルギーを使って高度を上げる。高度が上がると、熱エンジンを通してシンクのエネルギーは外部の冷たい空気と交換される。この時、熱エンジンによって変換されたエネルギーは推進、科学装置の運用、通信などの電力として航空機に蓄えられる。航空機が外部の空気と熱平衡状態になると、再び高度を下げてこのサイクルを繰り返す。)

このミッションは、金星の下層が上層よりも温度が高いことを利用し、周期的に下層と上層を行ったり来たりすることで、探査機のバッテリーの電力を発電し、探査機の寿命を伸ばせます。
これまで、金星探査は高温・高圧の劣悪環境のため、金星表面まで探査機がなかなか侵入できない、進入できても寿命が短く、地表面の情報が少なかったです。これらの環境に耐えられ、電力なども半永久的に供給できるシステムが作れれば、金星探査が一段と進むことは間違えないですね。