「卵の殻」をまねて宇宙ゴミから宇宙船を守るシールドが考案される

宇宙船や人工衛星は、軌道上を高速で飛び交うスペースデブリ(宇宙ゴミ)との衝突に備える必要があります。中国・大連理工大学の研究チームが、卵の殻に着想を得た新たな宇宙船シールドを考案しました。

Dynamics analysis on the water-filled aluminum eggshell array metastructure under hypervelocity impact
https://pubs.aip.org/aip/jap/article-abstract/140/10/105102/3403590/Dynamics-analysis-on-the-water-filled-aluminum

Eggshells: Next-Generation Spacecraft Protection - AIP Publishing LLC
https://publishing.aip.org/publications/latest-content/eggshells-next-generation-spacecraft-protection/

Chinese researchers find egg-cellent way to keep space debris from scrambling craft • The Register
https://www.theregister.com/offbeat/2026/09/09/chinese-researchers-find-egg-cellent-way-to-keep-space-debris-from-scrambling-craft/5295340

地球低軌道を周回する物体は通常、秒速7km～8kmで移動しています。物体同士が衝突する際の相対速度は秒速15km近くに達する場合もあり、わずか1cmほどの破片でも宇宙船にとって大きな脅威となります。そこで、中国・大連理工大学の研究者であるYuxin Wang氏らの研究チームは、自然界の構造を宇宙船の防護に応用できないか検討しました。

Wang氏は「生物は長い進化の過程で、エネルギーを効率よく吸収する構造を獲得してきました」と述べています。研究チームは卵の殻に着想を得て、卵形のアルミニウム製ユニットを多数並べたシールドを考案しました。シールドは卵の殻をかたどった高さ12mmのアルミニウム製ユニットを厚さ1mmのアルミ板2枚で上下から挟んだものです。それぞれのユニット内部は水で満たされ、卵を立てるように並べられています。なお、以下の画像では内部が見えるように上側のアルミ板が省かれています。

研究チームは3Dプリンターで試作品を作ったほか、シミュレーションでシールドの性能を比較しました。比較対象はアルミ板だけのものと、水を詰めた球形のアルミニウム製ユニットを板で挟んだものです。卵形のユニットについては先の細い方を飛来物がぶつかる上側の板に向ける場合と、上下を逆にする場合、向きを混ぜて並べる場合などを比較しています。

シミュレーションでは、卵形のユニットの先の細い方を上側の板に接するように並べた場合に、最も高い減速効果が得られたと研究チームは報告しています。このシールドでは宇宙ゴミを想定した飛来物の速度が64.9％低下した一方、アルミ板だけの場合は51％の低下にとどまったとのことです。

Wang氏によると、飛来物がぶつかると複数のユニットが次々につぶれるため、衝撃が1カ所に集中せずシールド全体に分散されるとのこと。さらに、ユニット内部の水が動くことで衝撃波が伝わりにくくなるそうです。

宇宙船用の軽量シールドとしてこのシールドを実用化するにはシールドの形状や水の充填条件の改良に加えて実際の超高速衝突試験も必要で、研究チームは衝撃をより効率よく吸収できるようにアルミニウム製の殻の厚さや縦横比、並べ方の調整を進めています。

Wang氏は、生物の構造をまねた軽量なメタ構造が超高速衝突から宇宙船を守る技術として有望だと述べた上で、「今回の研究をきっかけに、生物の構造を生かした防護技術にもっと関心を持ってもらえればと思います」と語りました。