NASA は機器をテストするために地球上の無重力をどのようにシミュレートしているのでしょうか?

機器やハードウェアは通常、宇宙に送られる前に、極限の宇宙環境に耐えられるかどうかを確認するために厳密にテストされます。 低温から放射線まで、宇宙では機器に負担がかかりますが、宇宙では重力が異なるため、ハードウェアの機能も地球とは異なります。 では、NASA のような組織は、地球上での無重力状態のシミュレーションをどのように行っているのでしょうか?

宇宙飛行士は、62 億ガロンの水を蓄える巨大なプールである中性浮力研究所 (NBL) で肝試しをします。 このサイズのおかげで、宇宙飛行士は等身大のモックアップを操作して宇宙への旅の準備をすることができます。 しかし、NBLは宇宙飛行士の訓練のみを目的としており、宇宙でどのように機能するかを確認するための機器をテストするためのものではありません。

ここで疑問が生じます。地球上に無重力を作り出すことはできるのでしょうか? そして、宇宙に送られる試験装置としてはどの程度信頼できるのでしょうか? 確認してみましょう。

放物線飛行は、最大 40 秒間の「自由落下」を提供することで、地球上の無重力状態を再現するのに役立ちます。 無重力をシミュレートする放物線飛行の起源は、テキサス州ブルックス空軍基地の研究者によって初めて提案された 1950 年に遡ります。 1959 年までに、パイロットは C-131B 貨物輸送機で 10 ～ 15 秒の自由落下を達成することができました。これは宇宙飛行士の訓練と機器のテストの両方に十分な大きさでした。 これは、1957 年に開始され、1973 年から NASA によって実行されている空軍の重力軽減プログラムの一環でした。

これらの飛行は放物線の形で飛行することによって機能します。 飛行機が加速し始め、パイロットが引き上げます。 飛行機が十分な速度で上昇しているとき、パイロットはプッシュオーバーを実行して推力を減少させ、飛行機の乗員と装備品が飛行機と同じ速度で降下できるようにします。

放物線飛行は、地球上の無重力をシミュレートする (または月や火星の重力をシミュレートする) ための低コストでよく使用される方法ですが、持続時間によって制限されます。

重力オフロード システムは、天井クレーン タイプの装置を使用して人間または機器の重量を降ろし、無重力、月の重力、および火星の重力をシミュレートすることによって機能します。 Active Response Gravity Offload System (ARGOS) は、NASA のジョンソン宇宙センターにある大型装置です。 ケーブル角度センサーを使用して動きをアクティブに追跡し、追従します。 これは、機器や宇宙船を移動させたり、操作したりすることができ、ARGOS がシミュレートされた重力レベルを維持することを意味します。 同様の効果は、地球の重力の影響を軽減するための複雑な重りと滑車システム (技術者がジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡のテストに使用したシステム) を使用して実現できます。

ARGOS は大型のデバイスですが、機器のテストに最適な小型の重力オフロード テーブルもあります。 NASA のゴダード宇宙飛行センターには、磨かれ平らにされた大きな花崗岩で構成されるテーブルがあります。 実際、試験装置をテーブルの上に「浮かせる」ことができるのは、試験装置を置くスレッドのおかげです。エア ベアリングによってスレッドの下に薄い空気の層が形成され、試験装置がテーブルの上に浮くようになります。 「基本的にはエアホッケーのテーブルを逆にしたようなものです」と、NASA ゴダードのロボット工学デモンストレーションおよびテスト エンジニアのジョー・イーズリー氏は述べています。

重力オフロード システムの欠点は、無重力状態で物を移動できる 6 つの方向を常に提供するとは限らないことです。たとえば、重力オフロード テーブルは 3 つの自由度しか提供しないため、精度が制限される可能性があります。

NASA には、グレン研究センターに 1966 年から稼働している特別な無重力研究施設もあります。この施設は、長さ 467 フィートの鋼製真空チャンバーを使用して機能します。 真空ポンプで圧力を 0.05 torr まで下げます。 (比較のために、標準的な大気圧は 760 トールです。) 次に、クレーンが装置または実験を真空チャンバーに落とし、研究者は自由落下でそれを研究するのに 5.18 秒かかります。 放物線飛行と同様に、この方法の欠点は、飛行時間が短いことと、重量制限が 2,500 ポンドであることです。

研究者は、ハードウェアや実験を宇宙に送る前にテストする新しい方法を常に探しています。 しかし最近では、宇宙へのアクセスのコストが下がっているため、国際宇宙ステーションは、地球上で無重力をどのように実現できるかを理解しようとするのではなく、ハードウェアのテストベッドとして使用されることがよくあります。

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