イオンエンジンについて楽しそうに語ってくれた山本先生は、実年齢より若々しい印象。

人工衛星や宇宙探査機に搭載するロケットエンジンは、今までは酸素と水素などの化学反応を利用したものが主流でした。私は小惑星探査機「はやぶさ」でも有名になったイオンエンジン、つまりプラズマを利用したエンジンを研究するとともに、実際に製作も手がけています。

研究室の中央に鎮座する実験装置は九州大学工学部エネルギー科学科（正式にはエネルギー量子の工場）の技官の方に作ってもらったもの。溶接・研磨などのすべての工程がなんと手作業で作られていて、誤差はマイクロメートルオーダーというから技術力の高さがうかがえる。

イオンエンジンの研究は1960年代から始まり、1970年代には実用化されています。しかし、今までは国レベルのプロジェクトでしか遂行できず、20年前は軍事衛星の一部や試験機などでしか利用されていませんでした。この10年で一気に研究と実用化が進み、現在では世界で200以上の人工衛星や探査機で使われています。

山本先生が指している30cm四方の物体もロケット。ロケットのミニ化・低コスト化が進んでおり、個人がロケットを当たり前に買う時代も来るかもしれない。

プラズマとは、ガスの温度をどんどん上げていくと原子と電子がバラバラになり、イオンと電子が自由に動きまわることができる状態のことをいいます。その状態だと静電力が働き、電場や磁場を利用して力がイオンと電子に与えられ、簡単に高エネルギーの状態をつくり出すことができます。イオンエンジンは電気の力を利用していますが、一番の利点は燃費が良いこと。例えば２トンの人工衛星を打ち上げるには１トンの燃料が必要です。しかし、イオンエンジンだとその5〜10倍は燃費が良いので、その分人工衛星に乗せる燃料が軽くなり、他の観測機器も搭載することができます。人工衛星も小型化することで今まで1機で行っていたミッションを2機同時でできるようになるわけです。

実際に2019年5月、アメリカのスペースX社がイオンエンジンを使った、小型の高速インターネット通信衛星を60機打ち上げることに成功しました。軌道変更、軌道維持、軌道離脱用に使い、現在550kmを回っています。まるでドローンのようなイメージに近いですよね。イオンエンジンは衛星が高度を維持する推力も担っています。これまで地上から400㎞地点が限界だったのが、300㎞まで維持が可能になったことでアフリカのような発展途上国でも、宇宙からアプローチすることによって容易にインターネットに接続することが可能になりました。このように、衛星が小型化すれば、今まで観測できなかったことができるようになり、複数機飛ばしての宇宙探索もできるようになりました。

現在は主に重力波を検出する人工衛星の性能に見合う、イオンエンジンの研究を行っています。レーザー計測や数値解析によってエンジン内部を観測し、得た知見を製作側にフィードバック…その作業を延々と繰り返して、とにかくより良い次世代エンジンをつくることで世の中に貢献したいと考えています。観測ニーズに見合ったイオンエンジンの研究・開発・製作が私の使命ですが、世界中で研究・実用化のスピードが速まっている今、常にあっぷあっぷしながらも時代を先読みするよう努力しています。