科学者とエンジニアは2022年7月にネバダ州のブラックロック砂漠で金星気球のプロトタイプをテストした。縮小された機体は2回の初期テスト飛行を無事に完了した。

灼熱と圧倒的な圧力に晒される金星の表面は、過酷で過酷な環境です。実際、これまでに着陸した探査機は、せいぜい数時間しか滞在していません。しかし、地球から目と鼻の先で太陽を周回するこの危険で魅力的な世界を、探査機以外にも探査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ジェット推進研究所（JPL）は2022年10月10日、同研究所の航空ロボットコンセプトの一つである航空ロボット気球が、ネバダ州上空で2回の試験飛行に成功したと発表しました。

研究者たちは、実際に将来金星の濃い雲の中を漂うことができる気球の縮小版であるテスト用のプロトタイプを使用した。

金星気球のプロトタイプ初飛行

計画中の金星エアロボットは直径40フィート（12メートル）で、プロトタイプの約3分の2の大きさです。

オレゴン州ティラムックにあるJPLとニア・スペース・コーポレーションの科学者とエンジニアからなるチームが試験飛行を実施しました。この成功は、金星の気球がこの近隣惑星の濃い大気圏でも耐えられることを示唆しています。金星では、気球は地表から55キロメートルの高度を飛行します。試験では、金星の大気の温度と密度に合わせるため、チームは試験気球を高度1キロメートルまで打ち上げました。

気球はあらゆる点で設計通りの挙動を示しました。JPL飛行試験の主任研究員であり、ロボット工学の専門家であるジェイコブ・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、高度制御された操縦を実証し、2回の飛行後も良好な状態に戻りました。これらの飛行から膨大なデータを記録し、姉妹惑星の探査前にシミュレーションモデルを改良するために活用することを楽しみにしています。」

セントルイス・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共同研究者）は、「今回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することに成功したのです。これらの試験は、金星の過酷な地表における長期的なロボット探査を可能にするための基盤を築くものです」と付け加えました。

金星の風に乗って旅する

では、なぜ気球なのでしょうか？NASAは、金星の大気圏のうち、探査機では分析できないほど高度が低い領域を調査したいと考えています。数時間で爆発してしまう着陸機とは異なり、気球は数週間、あるいは数ヶ月もの間、風に吹かれて東から西へと漂うことができます。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ができます。

しかし、飛行ロボットは完全に孤立しているわけではありません。金星の大気圏上空の探査機と連携して活動し、科学実験を行うだけでなく、探査機との通信中継の役割も担っています。

風船の中の風船

研究者らによると、このプロトタイプは基本的に「風船の中に風船がある」という。加圧されたヘリウム硬い内部の貯蔵タンクにヘリウムガスが充填されます。一方、外側の柔軟なヘリウムガスバルーンは膨張と収縮を繰り返します。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、ヘリウム通気口。ミッションチームが気球を浮かせたい場合、内側の貯蔵タンクから外側の気球にヘリウムを排出する。気球を元の位置に戻すには、ヘリウム空気はリザーバーへと放出されます。これにより外側のバルーンが収縮し、浮力が失われます。

腐食性環境

金星の地表から55キロメートルの予定高度では、気温はそれほど厳しくなく、大気圧もそれほど強くありません。しかし、金星の大気のこの部分は、雲が硫酸の液滴で満たされているため、それでもかなり過酷です。この腐食環境に耐えられるように、エンジニアたちは気球を複数の材料の層で構築しました。材料は、耐酸性コーティング、太陽熱を減らす金属化、そして科学機器を搭載するのに十分な強度を保つ内層を特徴としています。シールも耐酸性です。飛行試験により、気球の材料と構造は金星でも機能するはずであることが示されています。金星での生存性のために使用された材料は製造が困難ですが、ネバダ州での打ち上げと回収で実証された取り扱いの堅牢性により、金星での気球の信頼性に自信が持てます。

数十年にわたり、科学者やエンジニアたちは金星探査の手段として気球を提案してきました。これはまもなく実現するかもしれません。画像はNASAより。

金星の大気の科学

科学者たちは様々な科学調査のために気球を装備しています。その中には、金星の地震によって大気中に発生する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るこの物質は、暴走温室効果を引き起こし、金星の表面を地獄のような状態にしています。今回の新たな分析は、これがどのようにして起こったのかという重要な手がかりとなる可能性があります。実際、科学者たちは、初期の金星は地球に似ていたと述べています。では、一体何が起こったのでしょうか？

もちろん、2020年に科学者たちが金星の大気中にホスフィンを発見したと報告して以来、金星の雲に生命が存在する可能性への関心が再び高まっています。ホスフィンの起源は未だに結論が出ておらず、一部の研究ではその存在に疑問が投げかけられています。しかし、今回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最適な手段となるでしょう。このような気球ミッションは、最も複雑で困難な謎のいくつかを解明するのに役立つ可能性があります。