ESA

月での農業、火星での 3D プリント、AI によるソフトウェア修正にはどのような共通点があるのでしょうか? これらはすべて、2022 年 7 月から 12 月の間に ESA の Discovery 要素によって資金提供された 56 件の研究開発活動のトピックの中に含まれています。

ESA は、ヨーロッパの宇宙産業と学術界に大きな利益をもたらし、進歩させる可能性のある新しい型破りなアイデアを発見し、投資するために、ディスカバリー要素を通じてオープン スペース イノベーション プラットフォーム (OSIP) を設立しました。

ここでは、2022 年 7 月から 12 月までに資金提供された 5 つのプロジェクトの背後にある人々が、その動機と目標、そして ESA ディスカバリーの資金提供が彼らの活動を次のレベルに引き上げるのにどのように役立っているかについて語ります。

X 線とガンマ線は、高エネルギーの宇宙の特徴です。 それらは地球の大気に吸収されるため、宇宙望遠鏡がそれらを検出する唯一の方法です。 現在、ESA の X 線およびガンマ線天文学は、XMM-Newton および Integral ミッションによってカバーされています。 2030 年代に打ち上げられる予定のアテナは、熱くエネルギーに満ちた宇宙を観測する次世代のミッションを代表します。

しかし、これらのミッションの大きな課題は、これらの波長で十分に高い空間解像度で宇宙を画像化することです。 この課題に取り組むために、ESA Discovery はイタリア工科大学 (IIT) に資金を提供し、宇宙に展開する高エネルギー光子用の軽量で堅牢な高感度検出器を作成できるかどうかを研究しています。

IIT のロレンツォ・マセラティ氏は次のように説明します。「この種の研究はこれまで試みられたことがありません。私たちの提案は、メタルハライドペロブスカイトと呼ばれる革新的な有機無機半導体を使用して、軌道に乗せることができる小型で軽量の X 線またはガンマ線検出器を作ることです」ハイブリッド ペロブスカイトは、高エネルギー線を効率的に阻止し、光生成電子を少量で取り出すことができる重金属を備えた多用途半導体です。私たちのアイデアは、この材料を微細加工された 3D 金属構造に挿入することです。」

「ESA Discoveryの資金提供により、このアイデアを概念実証装置に展開することが可能になります。私たちの材料研究は重要な宇宙応用を証明することで一歩前進し、複雑なペロブスカイトの微細加工に向けて私たちのグループに新たな地平を開くことになります。」この新技術は地上用途にも使用できる可能性があり、例えば医療業界は医療診断用の大面積薄型検出器に興味を持つ可能性がある。」

ESAエンジニアのマシュー・ソーマン氏は、「この活動で研究されている検出器技術は、高エネルギーX線とガンマ線光子の検出における現在の最先端技術に取って代わる可能性を秘めている。ペロブスカイトベースの検出器がどのように検出されるかを見るのを楽しみにしている」と説明する。製造およびテストされる構造物を現在の最先端技術と比較し、将来の宇宙ミッションでの使用への適合性についてさらに学ぶ必要があります。」

これは、ESA Discovery が過去 4 年間にわたって IIT に資金提供してきた多くの活動の 1 つにすぎません。 ロレンツォ氏はこの資金提供の影響を強調し、「ESA ディスカバリーは、IIT における宇宙活動の確立にとって極めて重要でした。OSIP は、宇宙が強力な貢献を提供できるものであることを IIT 同僚に理解させるための独自の方法でした。OSIP と「他のいくつかの国家的活動に加えて、IITは2021年12月にSPACE CEnter for Innovative & Interdisciplinary Technology (SPACEiit)を設立しました。SPACEiitはまた、新しいIIT戦略計画に参加し、宇宙活動を推進して機関内で主要な役割を達成する予定です。」

遅かれ早かれ、月の入植者は農民にならざるを得なくなるだろう。 ノルウェーのソルシス・マイニングは、植物の成長に適した肥料を作るための月の土壌の処理を検討している。

良いニュースは、ムーンウォーカーやロボットによって過去に地球に持ち帰られた月の土壌サンプルの分析で、窒素化合物とは別に、植物の成長に必要な必須ミネラルが十分に含まれていることが示されたことだ。 悪い知らせは？ 月の土壌は水の存在下で圧縮され、植物の発芽と根の成長に問題を引き起こします。

したがって、水耕栽培は前進する可能性のある方法を提供します。 このタイプの農業では、土を使わずに、植物の根に栄養豊富な水を直接与える必要があります。

ソルシス・マイニングの研究責任者、エセル・トレンション氏は次のように説明しています。「私たちは、月の塵、つまりレゴリスの内容物を植物の肥料として利用できるようにする方法を研究しています。宇宙資源から鉱物や元素を抽出して濃縮するプロセスは、『』と呼ばれています」私たちの長期的な目標は、これを 3D プリンティングやリサイクルなど、他のいくつかの分野にも適用することです。」

受益により、既存の産業プロセスの効率化に加えて、月面での新しい産業プロセスが可能になります。

「この研究は、将来の長期的な月探査にとって不可欠です」と、このプロジェクトを監督しているESAの材料・プロセス技術者のマルゴルザタ・ホリンスカ氏はコメントする。 「月面での持続可能な存在を達成するには、地元の資源を利用し、植物の栽培に役立つ可能性のある月のレゴリスに存在する栄養素にアクセスする必要があります。今回の研究は、入手可能な月のレゴリス模擬物質を使用した原理の証明であり、より詳細な研究への道を開きます」今後は研究していきます。」

Solsys Mining の最高技術責任者 (CTO) であるオイスタイン・リサン・ボルガーセン氏は次のように付け加えています。「この分野での資金調達の機会はこれまでのところほとんどなく、ESA から受けているサポートは当社にとって極めて重要です。また、ESA は両国との新しいパートナーシップを築くのにも役立ちました」産業界と学術界。」

「私たちの主な目標は、この研究が宇宙と地球上の両方での応用につながることです。地球上のエネルギー利用は世界のエネルギー予算の約 3 ～ 4% を消費しており、宇宙技術はこれを削減するだけでなく、環境への悪影響も減らすことができると信じています」通常、業界に関連する影響です。」

火星に長期滞在する場合、宇宙飛行士は生活と仕事、移動、地球との通信、そして生存に不可欠な酸素と水を生成するための設備が必要となる。 このすべてのインフラを地球から撤去すると、非常に費用がかかるでしょう。 代わりに、ESAは火星の土壌を入力材料として使用して、その一部を現場で3Dプリントする方法を検討しています。

ESAが資金提供した以前の研究では、これが可能であることが示されています。 次のステップは、火星の環境が建設資材やプロセスに及ぼす影響をより深く理解することを目的とした研究活動で、オーストリアの研究グループ FOTEC によって実施されています。 研究チームは廃棄物を新しい素材にリサイクルすることも検討している。 この廃棄物は、地球から持ち込まれ、もう使用されなくなった機器、たとえばプラスチック製の食品包装などから発生する可能性があります。

ESAの高度製造エンジニアであるアドベニット・マカヤ氏は、「この活動は、必要なインフラストラクチャーの構築と維持を支援し、将来の長期探査ミッションの持続可能性を確保するために、オンサイトのリソースを使用するテクノロジーを特定および開発するというESAの継続的な取り組みの一環です。」と説明しています。

特に、FOTEC は、火星の土壌を使用して火星に建設することに重点を置いた以前の ESA 活動を基礎にしています。 活動が完了してから何年もかけて得た知識を利用して、建築材料の性能を向上させる新しい加工技術を導入します。

FOTEC のエンジニアリング技術責任者、Markus Hatzenbichler 氏はさらに次のように述べています。「廃棄物を結合剤として使用するなど、廃棄物のリサイクルに関する調査は、この活動の重要な部分です。一方、主な目標は、将来の火星探査ミッションの準備を支援することです。短期的には、この結果は土木工学分野における断熱と構造の完全性についての私たちの理解を裏付けるものになるかもしれません。」

有望な ESA 特許を商業目的で使用するための革新的なアイデアを求める ESA Discovery の募集を受けて、EOSOL グループは、地上局アンテナ製品ライン 2 つに新しいコンパクトな「モード抽出器」を組み込むための資金を与えられました。 私たちはアンテナを使用して、電磁波を使用して遠く離れた衛星と通信します。 通信リンクを最適化するには、アンテナを衛星に直接向ける必要があります。 モード抽出機能により、このポインティングの精度が向上します。

ESA のアンテナ技術者であるネルソン・フォンセカ氏は、この最新の研究について次のように説明しています。「この活動は、将来の非常に高スループットの衛星システムのニーズを見越して、約 10 年前に開発された ESA の発明の商業化を支援しています。元々は宇宙分野のために開発されたコンセプトであり、ここでは地上局に適応されています。」

「EOSOLグループは、コンパクトモード抽出器から恩恵を受ける可能性のある、それぞれの要件を伴う多くの製品開発を特定しました。活動の一環として、質量削減に有益である可能性がある積層造形（3Dプリンティング）技術も評価する予定です」そしてデバイスのコスト。」

EOSOL Group の Gonzalo Crespo Lopez 氏は次のように付け加えています。「私たちは、モード抽出器のサイズを一桁縮小し、これまで使用されたことのないデバイスに積層造形を適用しようとしています。これにより、デバイスの統合が可能になります。」新世代の地上アンテナでは、よりコンパクトでシンプルな方法が実現され（すべてが小さくなり、製造時間と製造コストも削減されます）」

「OSIP は、企業や組織が新しいコンセプトを研究し、市場に投入できるようにするために ESA によって作成された理想的なツールです。私たちにとって、研究は非常に重要ですが、この研究が応用され、それをうまく活用できるようにすることがさらに重要です」市場に受け入れられ、要求される実際のソリューションを迅速に実現します。」

宇宙船がその役割を効果的に遂行するには、すべての物理部品、ナット、ボルトが適切に機能する必要があるだけでなく、搭載ソフトウェアも同様に機能する必要があります。 このため、宇宙に送ることを目的としたソフトウェアは開発当初から継続的にチェックされます。

宇宙船内のソフトウェアの品質を確保するには、多大な時間と労力がかかります。 プロセスをより効率的にするために、ESA Discovery は、初期の検証技術の 1 つである「静的分析」と呼ばれるプロセスに従って、人工知能を使用してソフトウェアを修復するタレス・アレニア・スペースのチームをサポートしています。

プロジェクトを監督する ESA エンジニアの Arnaud Bourdoux 氏は次のように説明しています。「静的解析の検証は飛行ソフトウェア開発プロセスの一部であり、このプロセスではさまざまなツールを使用して、一般的なプログラミングの間違い、品質ルール、その他多数の基準に照らして埋め込みコードをチェックします。そのようなツールは今ではソフトウェア開発環境の標準的な部分になっていますが、欠点の 1 つは、出力の処理が退屈になる可能性があることです。」

「この分野で AI を使用すると、これらのツールからの出力の処理を高速化できる可能性があります。AI は特定された問題の修正を提案できるだけでなく、変更を必要としない誤検知を認識できるはずです。」

タレス・アレニア・スペースの飛行ソフトウェアマネージャーであるミゲル・フェルナンデス氏は、次のように結論付けています。「人工知能を使用することで、品質が向上し、開発時間が短縮され、宇宙用ソフトウェアを開発できるようになります。ESA のおかげで、宇宙用ソフトウェアをより効率的に開発する方法について考えることができました。今、ESA のおかげで、私は宇宙用ソフトウェアをより効率的に開発する方法について考えることができました。これは、オンボード ソフトウェア開発の新たな機会につながります。」

オープン スペース イノベーション プラットフォームは、ESA の基本活動のディスカバリー要素によって運営されています。 独自のアイデアを送信する方法など、詳細については、専用 Web ページをご覧ください。

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