NASAのエウロパ・クリッパーは、ミッションの信頼性を確保するために3Dプリントされたトポロジー最適化ブラケットを使用しています。

南極のクマの紹介: NASA のエウロパクリッパー探査機は、5 年半の恒星間旅に宇宙船を完全に準備するために、慎重な設計、構築、テストに数え切れないほどの時間を費やした何百人ものエンジニア、科学者、研究者の共同作業の成果です。多くの部品の中から、JPL の付加製造チームは 3D 印刷技術を使用して、NASA の 6030 規格を満たすブラケットの開発に成功しました。

△エウロパ・クリッパーは5年半宇宙を飛行する必要があり、これは積層造形技術の実現可能性を検証するための重要な任務となるだろう。
エウロパ・クリッパー宇宙船

エウロパ・クリッパーは、木星の氷の衛星エウロパの初めての詳細な探査を行うために設計された、太陽光発電のロボット宇宙船です。この探査機は木星を周回し、エウロパの周りを約50回飛行して、氷床の下に生命に適した環境があるかどうかを探る予定だ。

太陽電池パネルを展開すると、エウロパ・クリッパーの翼幅は100フィート（30メートル）以上となり、バスケットボールコートほどの長さになる。宇宙船の主な構造には、航空電子機器ベイ、無線周波数モジュール、推進モジュールが含まれます。

打ち上げ時のエウロパ・クリッパーの総質量は約13,000ポンド（6,000キログラム）で、そのほぼ半分が燃料、つまり約6,000ポンド（2,750キログラム）の推進剤だった。

宇宙船に搭載された9つの科学機器は、太陽系外の探査に使用された機器の中で最も先進的かつ高感度の機器のひとつです。機器のセンサーの一部は、エウロパ接近時の安定性を確保するために天底デッキに取り付けられています。機器のうち2つは、宇宙船の動きと反対方向にあるガスと塵を捕らえるように特別に設計されています。レーダーアンテナは太陽電池アレイに直接統合されています。さらに、宇宙船本体から伸びるブームに磁力計とプラズマセンサーが搭載されており、宇宙船自体からの干渉や磁気擾乱を軽減します。機器の電子機器は放射線の影響から保護するために保護キャビネットに収納されています。

△このレンダリングは、木星の謎の氷の衛星エウロパ（右下隅に位置）の上を飛行するエウロパ・クリッパーを示しています。
エウロパ・クリッパー・ミッション

エウロパ・クリッパー・ミッションの中心的な目標は、エウロパに生命を支える3つの重要な要素、すなわち液体の水、エネルギー源、適切な化学物質があるかどうかを調査することです。エウロパ・クリッパーは生命を直接探知するようには設計されていないが、搭載されている一連の高度な機器により、エウロパの表面と地下を詳細に分析し、生命が存在できる兆候を探す予定だ。

エウロパの表面は大部分が広大な氷床だが、科学者たちはその下に地球上のすべての海を合わせたよりも多くの水を含む塩分の多い海があると考えている。何キロメートルもの氷に覆われたこの海域は、何十年にもわたって研究の焦点となってきた。エウロパの海が液体のままなのは、木星の強力な重力によって潮汐力が生まれ、それが氷の殻の下で摩擦と加熱を引き起こすからだ。

△木星の軌道の模式図エウロパ・クリッパーは、氷を透過するレーダーを使用して、この未知の海を探査します。この装置は、氷層の厚さをマッピングし、液体の水の存在を発見することができます。海の深さと構成を理解することは、それが生命にとって適切かどうかを判断する上で非常に重要です。

木星の強力な放射線環境は、このミッションに大きな課題をもたらします。エウロパの軌道は、太陽系内で太陽付近の放射線帯に次いで最も危険な放射線帯の一つに位置している。木星の強力な磁場にさらされると、繊細な宇宙船の電子機器が損傷する可能性がある。この課題に対処するため、Europa Clipper には、電子機器を放射線の影響から保護するための特別に設計された放射線防護金庫が装備されています。さらに、宇宙船の軌道は木星の放射線帯での滞在時間を最小限に抑えるように慎重に計画されました。

こうした放射線関連の課題を背景に、NASA のエンジニアチームは、ほとんどの宇宙船にとって致命的となるような状況でも、宇宙船がミッション全体を通じて確実に動作し続けるように、最先端の保護技術を開発するようになりました。

△ 翼幅100フィート（約30メートル）を超えるエウロパクリッパーの模式図
エウロパ・クリッパーミッションの主要コンポーネントの革新

エウロパ・クリッパー・ミッションのハイライトは、ミッションクリティカルなコンポーネントを製造するために積層造形技術を使用していることです。 JPL の EOS M290 3D プリンターを使用して Al6061R2 アルミニウム合金で印刷されたトポロジー最適化ブラケットは、宇宙探査における積層造形技術の応用における重要なマイルストーンとなります。この革新的なブラケットは、厳格な NASA-6030 規格に基づいて設計されており、過酷な宇宙環境でも構造の完全性と性能を保証します。

付加製造技術により、宇宙船の特定のニーズを満たす複雑で軽量な部品を製造できるため、重量を効果的に削減し、効率を向上させることができます。この技術の進歩は、次世代の宇宙船の建造における付加製造の役割がますます重要になっていることを浮き彫りにしています。

2024年10月、エウロパ・クリッパーはスペースX社のファルコン・ヘビーロケットで打ち上げられ、木星までの5年半、約18億マイル（29億キロメートル）の旅に出発した。宇宙船は太陽系外に向かう途中で、地球と火星の重力を利用して加速します。エウロパ・クリッパーは2030年までに木星の周回軌道に到着し、エウロパの詳細な調査を開始する予定だ。

今後数年間、エウロパ・クリッパー・ミッションの管理を担当する宇宙船チームは、宇宙船の運用手順を改良し、科学機器を徹底的にテストすることに取り組む予定です。これらの取り組みは、すべての科学機器が実際のミッションで理想的なパフォーマンスレベルを達成できるように設計されています。

NASAのエウロパ・クリッパーは、ミッションの信頼性を確保するために3Dプリントされたトポロジー最適化ブラケットを使用しています。

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