Kreios Spaceは、Kongsberg NanoAvionicsと提携し、大気電気推進システムを搭載した200kgのマイクロサテライトを、超低軌道（VLEO：高度150〜300kmの帯域で、ほとんどの衛星が数ヶ月以内に軌道減衰する領域）で運用する計画です。この試験でコンセプトが証明されれば、衛星は現在滞空を妨げている希薄な空気を活用できるようになり、重くて高価な化学燃料の必要性を削減できる可能性があります。

なぜVLEOが問題なのか

VLEOの高度では、残留している酸素や窒素の分子が測定可能なレベルの抗力（ドラッグ）を生じさせます。この抗力は軌道速度を奪い、推進装置のない衛星は数週間から数ヶ月のうちに地球へと螺旋を描いて落下してしまいます。また、同じ粒子が露出した表面を侵食し、ミッション寿命を縮める原因にもなります。従来の推力装置は推進剤を搭載することで抗力問題に対処していますが、その追加質量がペイロード容量を減少させ、打ち上げコストを押し上げる要因となっています。

「空気＝燃料」の仕組み

Kreiosのシステムは、小型の掃除機と電気推進機を一つにまとめたような仕組みです。吸気スクープが大気中のO₂やN₂の分子を回収します。搭載された電源がそのガスをイオン化してプラズマ（帯電したガス）に変え、そのプラズマを電気ノズルから噴射することで、抗力に対抗する推力を生み出します。実質的に、衛星の速度を落とす原因である大気が、衛星を前進させる推進剤へと変わるのです。

このアプローチには、2つの即時的なメリットがあります。

  • 質量の節約 – 専用の燃料タンクや大型の化学推進機が不要になるため、センサーや通信機器のために数キログラムの余裕を確保できます。
  • ミッション期間の延長 – 継続的な推力により、衛星を数ヶ月ではなく数年間にわたってVLEOに留めておくことが可能になります。これにより、大気が最も濃い領域でしか実現できない高解像度イメージングや低遅延通信が可能になります。

業界への影響

Kreiosの試験が成功すれば、地球観測、通信、IoTコンステレーションの運用者は、打ち上げコストを抑え、データ品質を向上させることができます。地上に近づくことでより鮮明な画像が得られ、低軌道中継を利用するブロードバンドサービスの遅延も減少します。物流企業、建設管理者、精密農業プロバイダーなど、衛星データに依存する企業は、より迅速で詳細な情報を得られるようになります。

また、この技術には新たなリスクも伴います。過酷な環境下でプラズマを生成するには信頼性の高い電力が必要です。システムは、他のペイロードに影響を与えることなく、ソーラーパネルから十分な電力を引き出さなければなりません。推力レベルは控えめであるため、精密な軌道保持には高度な制御ソフトウェアが必要となります。また、イオン化した排気への長期的な曝露が宇宙機の表面摩耗を加速させる可能性もありますが、これは長期飛行においてまだ定量化されていない要因です。

今後の展望

Kreiosは今年後半にテストバスの打ち上げを予定しており、大気密度を最大化するために高度150kmの円軌道を目標としています。このミッションでは、数ヶ月にわたって推力性能、電力消費、および材料の劣化を監視します。成功すれば、マイクロサテライト向けの「空気燃料」推進キットを提供する商用サービスにつながる可能性があり、他のスタートアップ企業が同様のコンセプトを模索するきっかけにもなるでしょう。

結論

大気の抗力を推力に変えることは、VLEOミッションの経済性を塗り替える可能性があります。衛星を落下させる脅威となる粒子そのものを利用することで、Kreios Spaceは、より長く、より安価に、そしてより高い性能で衛星を軌道に留めることを目指しています。間近に迫った飛行によって、このアイデアが実験室レベルの物理学から、日常的な宇宙運用へと移行できるかどうかが明らかになります。