宇宙探査の新時代が始まろうとしている。従来の化学ロケットが抱える燃料効率の限界を打破し、火星までの移動時間を現在の6-9か月から2か月まで短縮する可能性を秘めたプラズマ推進技術が、いま世界の注目を集めている。
プラズマ推進は、イオン化されたガスを利用して推力を生成する宇宙旅行技術である。この技術は従来の化学ロケットと比較して高い効率性を実現し、より少ない推進剤でより速く遠くまで移動することを可能にする。
プラズマスラスターにはホール効果スラスターや静電イオンエンジンなどの種類がある。1960年代に最初のイオンスラスターが開発され、1998年にNASAのディープスペース1ミッションで深宇宙環境での使用が実証された。
2000年代にはVASIMR（可変比推力磁気プラズマロケット）が開発され、2013年には欧州宇宙機関のベピコロンボミッションにプラズマ推進システムが搭載された。
プラズマエンジンは化学ロケットと異なり、電気エネルギーを運動エネルギーに変換し、太陽や原子力源から電力を得ることができる。この技術は商業衛星打ち上げや宇宙観光、深宇宙探査ミッションでの活用が期待されている。
火星探査における課題として、極端な温度と放射線に耐える先進材料の開発、システムの拡張性、エネルギー生成と貯蔵技術の向上が挙げられている。
From: 
The power of plasma propulsion: A new era in space travel
【編集部解説】
プラズマ推進技術について語る前に、まずこの技術が宇宙探査における根本的な問題を解決しようとしていることを理解しておく必要があります。従来の化学ロケットは確かに強力な推力を生み出しますが、燃料効率が極めて悪く、深宇宙ミッションには不向きという課題を抱えています。
プラズマ推進の基本原理は、電気エネルギーでガス（多くの場合キセノン）をプラズマ状態まで加熱し、これを電場や磁場で加速して推力を得るというものです。この方式により従来の10倍以上の燃料効率を実現できるため、少ない推進剤で長距離の移動が可能になります。
特に注目すべきは、NASAが資金提供するPulsed Plasma Rocket（PPR）技術です。Howe Industries社が開発中のこのシステムは、核分裂ベースの動力システムを使用し、火星までの移動時間を現在の6-9か月から2か月まで短縮できる可能性があると報告されています。NASA Innovative Advanced Concepts（NIAC）プログラムのフェーズIIに進んでいる同技術は、宇宙放射線に対する遮蔽機能も兼ね備えています。一方、ロシアのロスアトムも独自のプラズマエンジン開発を進めており、約6ニュートンの推力で火星までの移動時間を30-60日まで短縮する目標を掲げています。
技術的な課題として、プラズマエンジンは高い電力を必要とする点が挙げられます。例えば、Ad Astra Rocket社が開発中のVASIMRエンジンは、設計上最適動作には200kWの電力が必要とされていますが、現在のテストでは100kWレベルで長時間運転テストが行われており、2021年には80-82.5kWで最大88時間の連続運転記録を達成しています。国際宇宙ステーションの太陽電池パネルは最大120kW程度の電力供給が可能です。この問題を解決するため、原子力発電システムとの組み合わせが検討されており、SpaceNukesとAd Astra Rocket Companyが核動力とプラズマ推進を統合したシステムの開発を進めています。
現実的な応用面では、既に小型の商業衛星での軌道修正や深宇宙探査機での使用が実用化されています。しかし、人間を火星まで運ぶような大規模ミッションでは、放射線遮蔽や長期間の宇宙滞在による健康影響など、推進技術以外の課題も同時に解決する必要があります。
長期的な視点では、プラズマ推進技術は太陽系内の移動時間を劇的に短縮し、木星や土星の衛星への有人探査を現実的なものにする可能性を秘めています。また、小惑星採掘や宇宙太陽光発電システムの建設など、新たな宇宙産業の基盤技術としても期待されています。
ただし、技術の成熟には時間が必要で、特に高出力システムの長期信頼性や宇宙環境での保守性など、まだ解決すべき課題は少なくありません。
【用語解説】
プラズマ推進 – ガスを加熱してプラズマ（荷電粒子）状態にし、電場や磁場で加速して推力を得る宇宙推進技術。従来の化学ロケットより10倍以上の燃料効率を実現する。
比推力 – 推進システムの効率を示す指標。単位推進剤あたりで得られる推力の大きさを表し、値が高いほど燃料効率が良い。
ホール効果スラスター – 磁場と電場を組み合わせてイオンを加速するプラズマ推進装置。現在最も実用化が進んでいるタイプの一つ。
静電イオンエンジン – 静電場を利用してイオンを加速するプラズマ推進システム。長時間の継続運転が可能で深宇宙探査に適している。
キセノン – プラズマ推進で一般的に使用される希ガス。イオン化しやすく、分子量が大きいため推進効率が良い。
ディープスペース1 – 1998年に打ち上げられたNASAの深宇宙探査機。初めて実用的なイオンエンジンを搭載し、技術実証を行った。
ベピコロンボ – 2018年に打ち上げられた日欧共同の水星探査ミッション。プラズマ推進システムを使用して水星軌道への航行を行っている。
【参考リンク】
Ad Astra Rocket Company（外部）
VASIMR（可変比推力磁気プラズマロケット）エンジンを開発する米国の宇宙技術企業
NASA Langley Research Center（外部）
核電気推進技術の研究開発を行うNASAの研究施設。MARVL プロジェクトを推進中
ミシガン大学プラズマダイナミクス・電気推進研究所（外部）
プラズマおよび電気推進技術の基礎研究と応用開発を行う世界有数の研究機関
【参考記事】
NASA’s hidden project may have unlocked the perfect fuel（外部）
NASAのPPR技術について詳述。核分裂ベースで火星まで2か月で到達可能
Pulsed Plasma Rocket: Shielded, Fast Transits for Humans to Mars（外部）
NASAの公式PPRプロジェクト情報。宇宙放射線遮蔽機能を兼ね備えた高速火星探査システム
Russia develops plasma rocket engine prototype for Mars（外部）
ロシアのロスアトムが開発する磁気プラズマエンジン。約6Nの推力で30-60日で火星到達
Driving Plasma Rocket Propulsion Market Growth in 2025（外部）
プラズマ推進市場が2025年15.5億ドル（成長率9.0%）に拡大する予測を報告
【編集部後記】
プラズマ推進技術の進歩により、私たちが生きている間に火星への旅行が現実的な選択肢になるかもしれません。従来6-9か月かかっていた火星への旅が2か月に短縮される可能性を考えると、宇宙旅行の概念そのものが変わりそうですね。皆さんは、この技術が実用化された時、最初に行ってみたい天体はどこでしょうか。
また、宇宙旅行の時間短縮が実現すれば、どのような新しいビジネスや生活様式が生まれると思われますか。宇宙がより身近になる未来について、ぜひ一緒に想像を膨らませてみませんか。
