UK-10
人工衛星に搭載される推進システムの一つであるUK-10は、英国の宇宙技術企業キネティック社と、現在のエアバス・ディフェンス・アンド・スペースへと続くマトラ・マルコーニ・スペース社によって共同で製造されたイオンエンジンです。これは電気推進システムの一種であり、従来の化学推進システムに比べて非常に高い推進剤効率を誇ります。
UK-10の開発は、キネティック社が先行して手がけたUK-T5というイオンエンジンの成果に基づいて進められました。このエンジンは、広範な宇宙ミッションで実績のあるカウフマン型イオンエンジンのカテゴリーに属しています。カウフマン型は、推進剤ガスをイオン化し、生成されたプラスイオンを電場によって高速に加速・噴射することで推力を発生させる方式を採用しています。
推進剤としてUK-10が利用するのはキセノンガスです。キセノンは希ガスの一つであり、化学的に安定しているため安全に取り扱いやすく、比較的大きな原子質量を持つことからイオンエンジンの推進剤として理想的な特性を備えています。
このエンジンの技術仕様を見ると、その高性能ぶりがうかがえます。イオンビームを放出する口径は100mmです。ビームを加速するための電圧は1.1キロボルト（kV）が印加されます。そして、推力発生時に要する消費電力は476ワット（W）程度です。
UK-10の最大の特徴の一つは、その推力制御の精度と幅広さです。発生可能な推力は1ミリニュートン（mN）から最大20mNまでの範囲であり、特に注目すべきは、わずか12マイクロニュートン（μN）という極めて細かいステップで推力を調整できる能力です。これにより、衛星の軌道や姿勢に対して、非常にデリケートかつ正確な操作を行うことが可能となっています。一般的な運用における公称推力は18mNとされています。
性能を示す重要な指標である比推力は3,500秒に達します。これは、投入した推進剤質量あたりで得られる運動量の大きさを示す値であり、この値が高いほど、同じ推力を発生させるのに必要な推進剤の量が少なくて済むことを意味します。UK-10の高い比推力は、衛星が搭載できる推進剤の量を削減し、その分他のペイロードを増やしたり、衛星の運用寿命を大幅に延ばしたりすることを可能にします。
UK-10の主な用途としては、静止軌道上の衛星の南北方向の位置維持が挙げられます。静止衛星は、地球の重力場の不均一性や太陽・月の引力の影響によって、軌道が南北方向にわずかにずれていく傾向があります。これを補正するために、UK-10のような高効率な電気推進システムが定期的に使用され、限られた推進剤で長期間にわたり軌道を維持しています。
さらに、UK-10の微細な推力制御能力は、衛星の「ドラッグフリー制御」という高度な技術にも活用されています。特に地球低軌道を周回する衛星は、希薄ながらも大気の抵抗（ドラッグ）を受け、徐々に軌道が低下します。ドラッグフリー制御とは、高感度な加速度計などでこの空気抵抗を検出し、その抵抗を正確に打ち消す方向にごくわずかな推力を発生させ続けることで、衛星が空気抵抗の影響を実質的に受けない状態を維持する技術です。UK-10の12μN刻みの推力可変能力は、この繊細な抵抗相殺に非常に適しています。
UK-10が実際に搭載され、その能力を実証した著名な事例がいくつかあります。欧州宇宙機関（ESA）の光学通信実証衛星ARTEMISは、打ち上げ時にアリアン5ロケットの不具合により、計画していた静止軌道よりも大幅に低い軌道に投入されてしまいました。しかし、ARTEMISに搭載されていた2基のUK-10エンジンを、本来想定されていた軌道制御とは異なる用途で長時間にわたって連続運転することで、18ヶ月という長い時間をかけて無事、目的の静止軌道へと軌道変更を成功させました。これはUK-10の信頼性と軌道変更能力を示す特筆すべきエピソードです。
また、ESAの地球重力場観測衛星GOCEもUK-10を採用しました。GOCEは地球の重力場を高精度で観測するため、非常に低い高度を周回していましたが、そのために大気抵抗の影響が大きくなります。GOCEは搭載したUK-10エンジンを用いて継続的なドラッグフリー制御を行い、微細な空気抵抗を相殺し続けることで、ミッションに必要な高精度の観測を実現しました。
このように、UK-10は、衛星の長寿命化、高精度な軌道・姿勢制御、そして予期せぬ状況からの軌道回復など、多岐にわたるミッションにおいてその卓越した性能と信頼性を発揮してきました。電気推進技術の発展を牽引する存在として、現代の衛星運用の基盤を支える重要な技術要素の一つと言えます。関連技術としては、次世代のUK-T6イオンエンジンや、製造元であるエアバス・グループの広範な宇宙システム事業などが挙げられます。
UK-10の開発は、キネティック社が先行して手がけたUK-T5というイオンエンジンの成果に基づいて進められました。このエンジンは、広範な宇宙ミッションで実績のあるカウフマン型イオンエンジンのカテゴリーに属しています。カウフマン型は、推進剤ガスをイオン化し、生成されたプラスイオンを電場によって高速に加速・噴射することで推力を発生させる方式を採用しています。
推進剤としてUK-10が利用するのはキセノンガスです。キセノンは希ガスの一つであり、化学的に安定しているため安全に取り扱いやすく、比較的大きな原子質量を持つことからイオンエンジンの推進剤として理想的な特性を備えています。
このエンジンの技術仕様を見ると、その高性能ぶりがうかがえます。イオンビームを放出する口径は100mmです。ビームを加速するための電圧は1.1キロボルト（kV）が印加されます。そして、推力発生時に要する消費電力は476ワット（W）程度です。
UK-10の最大の特徴の一つは、その推力制御の精度と幅広さです。発生可能な推力は1ミリニュートン（mN）から最大20mNまでの範囲であり、特に注目すべきは、わずか12マイクロニュートン（μN）という極めて細かいステップで推力を調整できる能力です。これにより、衛星の軌道や姿勢に対して、非常にデリケートかつ正確な操作を行うことが可能となっています。一般的な運用における公称推力は18mNとされています。
性能を示す重要な指標である比推力は3,500秒に達します。これは、投入した推進剤質量あたりで得られる運動量の大きさを示す値であり、この値が高いほど、同じ推力を発生させるのに必要な推進剤の量が少なくて済むことを意味します。UK-10の高い比推力は、衛星が搭載できる推進剤の量を削減し、その分他のペイロードを増やしたり、衛星の運用寿命を大幅に延ばしたりすることを可能にします。
UK-10の主な用途としては、静止軌道上の衛星の南北方向の位置維持が挙げられます。静止衛星は、地球の重力場の不均一性や太陽・月の引力の影響によって、軌道が南北方向にわずかにずれていく傾向があります。これを補正するために、UK-10のような高効率な電気推進システムが定期的に使用され、限られた推進剤で長期間にわたり軌道を維持しています。
さらに、UK-10の微細な推力制御能力は、衛星の「ドラッグフリー制御」という高度な技術にも活用されています。特に地球低軌道を周回する衛星は、希薄ながらも大気の抵抗（ドラッグ）を受け、徐々に軌道が低下します。ドラッグフリー制御とは、高感度な加速度計などでこの空気抵抗を検出し、その抵抗を正確に打ち消す方向にごくわずかな推力を発生させ続けることで、衛星が空気抵抗の影響を実質的に受けない状態を維持する技術です。UK-10の12μN刻みの推力可変能力は、この繊細な抵抗相殺に非常に適しています。
UK-10が実際に搭載され、その能力を実証した著名な事例がいくつかあります。欧州宇宙機関（ESA）の光学通信実証衛星ARTEMISは、打ち上げ時にアリアン5ロケットの不具合により、計画していた静止軌道よりも大幅に低い軌道に投入されてしまいました。しかし、ARTEMISに搭載されていた2基のUK-10エンジンを、本来想定されていた軌道制御とは異なる用途で長時間にわたって連続運転することで、18ヶ月という長い時間をかけて無事、目的の静止軌道へと軌道変更を成功させました。これはUK-10の信頼性と軌道変更能力を示す特筆すべきエピソードです。
また、ESAの地球重力場観測衛星GOCEもUK-10を採用しました。GOCEは地球の重力場を高精度で観測するため、非常に低い高度を周回していましたが、そのために大気抵抗の影響が大きくなります。GOCEは搭載したUK-10エンジンを用いて継続的なドラッグフリー制御を行い、微細な空気抵抗を相殺し続けることで、ミッションに必要な高精度の観測を実現しました。
このように、UK-10は、衛星の長寿命化、高精度な軌道・姿勢制御、そして予期せぬ状況からの軌道回復など、多岐にわたるミッションにおいてその卓越した性能と信頼性を発揮してきました。電気推進技術の発展を牽引する存在として、現代の衛星運用の基盤を支える重要な技術要素の一つと言えます。関連技術としては、次世代のUK-T6イオンエンジンや、製造元であるエアバス・グループの広範な宇宙システム事業などが挙げられます。
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