科学者と技術者たちは、2022年7月にネバダ州ブラックロック砂漠で金星探査気球のプロトタイプを試験した。縮小版の気球は、最初の2回の試験飛行を成功裏に完了した。

灼熱の熱と圧倒的な圧力を持つ金星の表面は、過酷で容赦のない環境です。実際、これまでに金星に着陸した探査機は、せいぜい数時間しか持ちませんでした。しかし、地球からほんの目と鼻の先にある太陽の周回軌道を回る探査機以外にも、この危険で魅力的な世界を探索する方法があるかもしれません。それが気球です。カリフォルニア州パサデナにあるNASAのジェット推進研究所（JPL）は、2022年10月10日、同研究所の空中ロボット構想の一つである空中ロボット気球が、ネバダ州上空で2回の試験飛行を成功裏に完了したと発表しました。

研究者たちは、実際に将来、金星の濃密な雲の中を漂うことができるであろう気球の縮小版である、試験用のプロトタイプを使用した。

金星探査気球のプロトタイプ初の試験飛行

計画されている金星探査用エアロロボットは直径40フィート（12メートル）で、試作機の約3分の2の大きさである。

JPLとオレゴン州ティラムックにあるニア・スペース・コーポレーションの科学者と技術者のチームが試験飛行を実施した。彼らの成功は、金星の気球がこの隣の惑星の濃密な大気の中で生き残ることができることを示唆している。金星では、気球は地表から55キロメートルの高度を飛行する。試験で金星の大気の温度と密度に合わせるため、チームは試験用気球を1キロメートルの高度まで上昇させた。

あらゆる点で、この気球は設計どおりに動作しました。JPL飛行試験主任研究員でロボット工学専門家のジェイコブ・イズラエレヴィッツ氏は次のように述べています。「試作機の性能には非常に満足しています。打ち上げ、制御された高度制御を実証し、2回の飛行後も良好な状態で帰還させることができました。これらの飛行から膨大なデータを記録し、姉妹惑星である地球を探査する前に、シミュレーションモデルの改善に活用できることを楽しみにしています。」

セントルイスのワシントン大学のポール・バーン氏（航空宇宙ロボット科学の協力者）は、「これらの試験飛行の成功は私たちにとって非常に大きな意味を持ちます。金星の雲を調査するために必要な技術を実証できたからです。これらの試験は、金星の過酷な表面で長期的なロボット探査を実現するための基礎を築くものです」と付け加えた。

金星の風に乗って旅をする

では、なぜ気球を使うのか？NASAは、探査機では分析できないほど低い高度にある金星の大気圏を研究したいと考えている。数時間で爆発してしまう着陸機とは異なり、気球は風に乗って数週間、あるいは数ヶ月も漂い、東から西へと移動することができる。また、気球は地表から17万1000フィートから20万3000フィート（52キロメートルから62キロメートル）の間で高度を変えることも可能だ。

しかし、飛行ロボットは完全に単独で活動しているわけではない。金星の大気圏上空を周回する探査機と連携して動作する。この気球は科学実験を行うだけでなく、探査機との通信中継器としても機能する。

風船の中の風船

研究者らによると、この試作品は基本的に「風船の中に風船が入っている」構造だという。ヘリウム内部の硬い貯蔵槽に空気を充填します。一方、柔軟な外側のヘリウムバルーンは膨張したり収縮したりできます。バルーンはより高く上昇したり、より低く下降したりすることもできます。これは、ヘリウムベント。ミッションチームが気球を持ち上げたい場合は、内側の貯蔵庫から外側の気球にヘリウムを放出します。気球を元の位置に戻すには、ヘリウム空気は貯水池に排出される。これにより外側のバルーンが収縮し、浮力がいくらか失われる。

腐食性環境

計画された金星表面から55キロメートルの高度では、温度はそれほど過酷ではなく、気圧もそれほど高くありません。しかし、金星の大気のこの部分は、雲に硫酸の液滴が多数含まれているため、依然としてかなり過酷です。この腐食性の環境に耐えられるように、エンジニアは気球を複数の層の材料で作りました。材料には、耐酸性コーティング、太陽熱を軽減するための金属化、科学機器を搭載できる強度を保つ内層が採用されています。シールも耐酸性です。飛行試験では、気球の材料と構造は金星でも機能することが示されています。金星での生存性を確保するために使用されている材料は製造が困難ですが、ネバダでの打ち上げと回収で実証した堅牢な取り扱いにより、金星での気球の信頼性に自信を持っています。

数十年にわたり、一部の科学者や技術者は金星探査の手段として気球を提案してきた。これは間もなく現実のものとなるかもしれない。画像提供：NASA。

金星の大気における科学

科学者たちは、さまざまな科学調査のために気球に装備を施します。これには、金星の地震によって発生する大気中の音波の探査も含まれます。最も興味深い分析の一つは、大気そのものの組成を調べることです。二酸化炭素金星の大気の大部分を占め、金星の表面を地獄のような状態にした暴走温室効果を助長している。この新たな分析は、それがどのようにして起こったのかについての重要な手がかりを提供する可能性がある。実際、科学者たちは、初期の金星は地球にもっと似ていたと述べている。では、何が起こったのだろうか？

もちろん、科学者たちが2020年に金星の大気中でホスフィンを発見したと報告して以来、金星の雲の中に生命が存在する可能性についての疑問が再び注目を集めている。ホスフィンの起源は未だ解明されておらず、その存在自体を疑問視する研究もある。しかし、このような気球ミッションは、雲の詳細な分析や、場合によっては微生物を直接特定するのに理想的だろう。このような気球ミッションは、最も不可解で困難な謎のいくつかを解き明かすのに役立つかもしれない。