NSTAR

NSTAR

NSTAR（「エヌスター」、NASA Solar electric propulsion Technology Application Readiness の略）は、アメリカ航空宇宙局（NASA）のジェット推進研究所（JPL）が開発を主導し、製造は航空宇宙企業ボーイングが担当した、宇宙船の主要な推進システムとして用いられるイオンエンジンの名称です。このエンジンは、電気の力を用いて推進剤を高速で噴射することにより、宇宙空間での効率的な航行を可能にします。

概要と歴史的意義

NSTARエンジンの開発は、1993年にNASAのジェット推進研究所で始まりました。その後、1995年には、当時ヒューズ・エレクトロン・ダイナミクス社として知られ、現在はボーイングの一部となっている部門が製造契約を獲得し、実際のエンジン製造を担うことになりました。このエンジンの最初の重要な搭載ミッションは、1998年に打ち上げられた深宇宙探査機ディープ・スペース1号（Deep Space 1、DS1）でした。DS1において、NSTARは主推進器として使用され、実際に宇宙空間での長期運用が成功裏に実証されました。

これは、宇宙機の主要な推進システムとしてイオンエンジンが実際に使用された世界初の事例であり、宇宙推進技術の歴史における画期的な出来事となりました。それまでイオンエンジンは補助的な姿勢制御などに用いられることはありましたが、NSTARは惑星間航行のような、宇宙船を加速させ続けるための主たる動力源として機能したのです。

NSTARの設計は、プラズマを生成しイオンビームを加速する方式から「カスプ型イオンエンジン」に分類されます。

技術的特徴と仕様

NSTARエンジンは、高い比推力を実現するために、推進剤としてキセノンガスを使用します。キセノンは不活性ガスであり、比較的原子量が大きく、イオン化しやすい性質を持つため、電気推進システムに適しています。エンジン内部でキセノンガスは電離されプラズマ状態となり、生成されたイオンは高電圧をかけたグリッドによって加速され、高速のイオンビームとして噴射されます。このイオンビームの反作用によって推力が生まれます。

NSTARエンジンの主な性能仕様は以下の通りです。

タイプ: カスプ型イオンエンジン
推進剤: キセノン
推力: 20mN（ミリニュートン）から92mNの範囲で可変
比推力: 約3,100秒
イオンビーム口径: 300 mm
重量: 約8 kg

推力は化学ロケットに比べ非常に小さい（わずか数グラムの力に相当）ですが、NSTARのようなイオンエンジンは非常に高い比推力を持ちます。比推力は推進剤1単位あたりの推力発生効率を示す指標であり、3,100秒という値は、一般的な化学ロケットエンジンの数百秒という比推力に比べて格段に優れています。これは、同じ量の推進剤でより長い時間、またはより大きな最終速度を得られることを意味し、長期間の深宇宙ミッションにおいて推進剤搭載量を大幅に削減できるという大きな利点をもたらします。

主な採用宇宙機

NSTARエンジンは、その実証された性能と信頼性により、複数の重要な深宇宙探査ミッションで採用されました。

ディープ・スペース1号 (Deep Space 1): 1998年に打ち上げられたDS1には、NSTARエンジンが1機搭載されました。前述の通り、これがNSTAR、そしてイオンエンジンが宇宙機の主推進器として初めて実戦投入された事例です。DS1は複数の小惑星や彗星に接近し、電気推進技術の有効性を証明しました。

ドーン (Dawn): ディープ・スペース1号での成功を受けて、小惑星探査機ドーン（Dawn）には改良型のNSTARエンジンが3機搭載されました。ドーンは、小惑星帯の準惑星ケレスと小惑星ベスタを史上初めて周回探査したミッションです。3機搭載されたNSTARエンジンのうち、通常運用では1機のみが使用され、残りの2機は万が一の故障に備えた冗長システムとして機能することで、ミッションの信頼性を高めていました。

NSTARエンジンは、その後の電気推進技術、特にイオンエンジンの開発と実用化に道を拓いた先駆的なシステムであり、低推力ながら長期間にわたって効率的に加速することで、従来の化学推進では困難だった深宇宙探査ミッションの実現に大きく貢献しました。

関連事項

電気推進
イオンエンジン

外部リンク

NSTAR ION ENGINE (BOEING)
Ion Propulsion (NASA)

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