火星の大気を燃料に変える—MITの革新的プラズマ技術
マサチューセッツ工科大学（MIT）の博士課程の学生ラニー・マッキニーと航空宇宙プラズマグループの研究者たちが、火星の大気から推進剤を製造する技術の開発に取り組んでいます。この技術が実現すれば、将来のNASAと中国による有人火星ミッションにおいて、帰還に必要な燃料を火星で現地調達できるようになる可能性があります。
火星はその豊富な二酸化炭素大気という資源を持つ天体です。マッキニーの研究チームは、コールドプラズマを用いてこの二酸化炭素を酸素と一酸化炭素に変換する方法を追求しています。酸素は生命維持システムに、一酸化炭素は推進剤として活用できます。こうした火星表面での資源利用を現地資源利用（ISRU）と呼びます。
マッキニーが開発した装置は「ナノ秒繰り返しパルス誘電バリア放電装置」（NRP-DBD）という小型のプラズマ反応炉です。カーメン・ゲレラ・ガルシアMIT教授の指導下で、彼女はこの反応炉に酸素選択膜を組み合わせました。この膜は二酸化炭素から分離された酸素を素早く抽出し、酸素が一酸化炭素と再結合するのを防ぐ役割を担っています。
学生主導の宇宙開発プロジェクトでの実績
MITが運営する宇宙資源ワークショップを通じて、マッキニーはNASAの複数の競技に参加した経験があります。最初の競技では、10年間続く自給自足型の火星ミッションを設計することが課せられました。
本年3月に実施されたNASAの「ルナリサイクルチャレンジ」では、マッキニーは「月資源の複合材料再利用による工学的再利用とアップサイクリング」（CERBERUZ）チームを率いました。混合廃棄物を粉末状に粉砕し、インジェクション成形や3Dプリント用フィラメントの原料として再利用するシステムが評価され、第2段階で第1位を獲得。チームには775,000ドルの賞金が授与されました。
マッキニーはまた、MITの宇宙建築学コースにも参加しました。このコースでは建築家と技術者が協力し、月資源のみを用いて月面居住施設を放射線から守る方法を検討しました。マッキニーのチームが提案した解決策は、月の表土（レゴリス）からレンガを製造し、セメントなどの接着剤を使わずに積み重ねるというものでした。
学際協力の重要性
プラズマによる変換過程は現在のところ完全には理解されていません。マッキニーは「変換ステップは上手くいきますが、プラズマ内での反応の後、分離が必要な混合物が得られます。実際に何が起こるかは確実ではありません」と述べています。
これらのプロジェクトを通じて、マッキニーは異なる専門分野の知識と経験を持つチーム内での協力の価値を学びました。人類が月面と火星への着陸を果たした後の次のステップを実現するには、こうした学際的な協力が不可欠です。火星での長期的な居住と科学活動を実現するには、複数分野の連携に加え、公的機関と民間企業、そして国家間のパートナーシップが必要とされています。
マッキニーは「火星にガソリンスタンドを建設しなければ、宇宙飛行士が地球に帰還するのは非常に困難になります。現地で推進剤を製造する方法が必要です。その次のステップは恒久的な拠点を構築し、優れた科学活動と効果的な探査を実現することです」と述べています。
出典: Universe Today
