もし核反応炉を搭載したロケットが深宇宙に向かう途中で爆発した場合、放射性残骸が漏れる前にどのようにしてそれを見つけることができるのでしょうか？核エネルギー推進の宇宙船が事故を起こした際の環境汚染リスクは非常に高いです。最近、新しい研究が核推進宇宙船専用のマイクロブラックボックス（Micro Black Box、MBB）コンセプトを提案しました。この装置は、飛行データを記録し、座標を送信することで核漏れを防ぐことができます。このコンセプトは、中国の南京航空航天大学のエンジニアチームによって提案されました。研究者たちは論文の中で、「質量4.5キログラム、サイズø16.5 × 16.8センチメートルのマイクロブラックボックスを提案し、25,969ジュールの衝撃エネルギーを吸収できる」と述べています。
マイクロブラックボックスの衝撃力学は、シミュレーションと実験によって検証されました。」
マイクロブラックボックスは核漏れリスクを効果的に減少させる
宇宙機関が核エネルギーへの関心を高める中、NASAはその宇宙炉-1自由宇宙船を開発しており、潜在的な火星ミッションを計画しています。一方、中国国家航天局（CNSA）は、海王星に向かうことを目的とした核動力軌道機を検討しています。核分裂は、太陽系の端に到達するために必要な巨大で持続的な推力を提供します。しかし、これらの分裂材料を発射台から宇宙に安全に運ぶ方法は、依然として恐ろしい工学的課題です。発射体が破壊的な異常を起こした場合、伴う衝突力は非常に驚くべきものになる可能性があります。
宇宙船の墜落速度は数百メートル毎秒に達する可能性があり、これにより巨大な減速力が生じ、標準の追跡電子機器が瞬時に粉砕され、捜索チームは完全に視界を失うことになります。
報告によると、この問題は北斗衛星定位ビーコントとフライトデータレコーダーを使用することで解決されました。これら二つの装置は、約9.9ポンド（4.5キログラム）のアルミニウム合金の円筒内に取り付けられ、救助者に危険な核残骸の具体的な位置を正確に伝えることができます。この装置は、内部構造が堅牢で生存を確保するように設計されています。多層防護装甲設計は、25,969ジュールの衝撃エネルギーを吸収するために用意されています。研究では、「提案されたマイクロブラックボックスには、衝撃エネルギーを吸収し、内部の電子機器を保護するための複数の緩衝構造と材料が含まれており、衝突力学のシミュレーションと実験によって検証されています」と指摘されています。
外部のアルミニウムシェルの内部には、エネルギーを圧縮することができるアルミハニカムがあります。その下には、耐久性のあるマグネシウム合金の層があり、その後に超弾性フォームの層があり、動的衝撃波の衝撃を受けるために大きく変形することができます。最後に、コア層は宇宙グレードのエアロゲルで構成されており、敏感な電子機器に断熱保護を提供します。
1,400テラフロップのスーパーコンピュータで行われた初期テストでは、この多層緩衝装置が90.26%の衝突衝撃を吸収することが予測されました。これを証明するために、研究者たちはプロトタイプ装置をデイビス銃に装填し、高速で土堤に発射して高速度衝突をシミュレートしました。外部のアルミニウムシェルは軽微な損傷を受けましたが、内部のコアモジュールは無傷で変形や破裂はなく、信号を継続的に送信していました。ロケットが海を越えることも考慮し、研究チームは設計を改良し、迅速展開可能なエアバッグを装備したアップグレード版を提案しました。
海洋シミュレーションでは、エアバッグ補助のブラックボックスがピーク衝突加速度を44.3%までさらに低下させました。注目すべきは、この改良により重い装置が海面で安定して浮かぶことができ、迅速な回収が可能になることです。
衝突は誰もが避けたい最悪の事態ですが、もし災害が発生した場合、マイクロブラックボックスは私たちが暗闇の中で探すことがないように保証します。この研究は『宇宙航天学報』に発表されました。