宇宙、最も過酷な領域
ニューテック・チューズデー
Rudy Ramos氏と共に、設計技術者の方々にとって興味深く、新しい、そして注目すべきあらゆる事柄を毎週ご紹介します。
2023年3月14日公開
数千年にわたり、人類は夜空に浮かぶ無数の天体に驚嘆の念を抱きながら、夜空を見上げてきました。広大な闇の中に浮かんでいるかのように見えるそれらの天体について、人類は歴史を通じて、宇宙の始まりや、果てしない宇宙に終わりがあるのかといった多くの疑問を思索してきました。 2021年12月25日、NASAはジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）を打ち上げました。これは答えに一歩近づくための試みです。その答えこそが、人類に宇宙の歴史を解き明かすものとなるでしょう。
JWSTとその仕組みについて
JWSTは宇宙で最大の光学望遠鏡です。高解像度で感度の高い観測機器に最新技術を採用したJWSTは、宇宙の果てまで観測し、深遠なる宇宙に隠された秘密を解き明かすことが可能です。JWSTは、従来のハッブル宇宙望遠鏡では観測が困難であった、遠すぎて微弱な天体も捉える能力を有しています。
JWSTの主要な特徴の一つは、赤外線天文学を実施する能力です。赤外線天文学は、赤外線（IR）放射を用いて天体を観測・分析することに焦点を当てています。赤外線観測と分析を実施することで、天文学や宇宙論の多くの分野にわたる調査が可能となります。 科学者や天体物理学者は、最初の星々や最初の銀河の形成に関する観測が可能となります。さらに、JWSTにより、居住可能性のある太陽系外惑星の大気の特性を解明することが可能となるでしょう。
この素晴らしい機械を構築するために必要なこと
JWSTの建造には、非常に優秀な国際チームが長時間にわたり尽力し、過去のプロジェクトから得た多くの教訓を活かし、膨大な資源を投入する必要がありました。JWSTは数多くの統合技術を用いて建造されました。これらの技術は、多様なセンサ、コンピュータの処理能力、メモリ、ソフトウェア、堅牢なマイクロ波送受信機、精密ロボット技術、特殊金属、特殊遮蔽材、高性能インターコネクトなどに依存しています。 しかしながら、搭載されている全ての技術の中でも、温度センサと高性能な相互接続技術は、JWSTミッション全体が機能するために極めて重要な役割を果たしています。
JWSTの搭載機器、特に赤外線観測装置は、正常に機能するために極低温を必要とします。この温度は50ケルビン（K）以下（-223℃；-370℉）であり、半導体製造や液体ヘリウム・窒素を用いた医療応用などで使用される極低温ポンプや拡散ポンプによって達成されます。 しかしながら、宇宙空間では基準温度が2.7Kであるため、太陽や地球などの放射天体から離れた場所では、このような低温を容易に達成することが可能です。
必要な動作温度を達成するため、JWSTは地球から約150万キロメートル（93万マイル）離れたL2ラグランジュ点付近の太陽軌道に配置されました。宇宙船は5層構造のサンシールドにより、太陽・地球・月からの熱の影響から保護されています。この遠隔地への配置により、JWSTは適切な動作温度を維持でき、画期的な天文学研究において最大限の潜在能力を発揮することが可能となります。
今週の「ニューテック・チューズデー」では、Innovative Sensor TechnologyとAmphenol Times Microwave Systemsの宇宙認証製品2点をご紹介いたします。両製品に込められた技術と精密さは、JWST（ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡）のような宇宙探査の進歩を可能にする要素の例です。
革新的なセンサ技術600℃シリーズプラチナセンサ（リード線付き）
宇宙で使用されるセンサは、宇宙ミッションに適格となるいくつかの特殊な特性を満たす必要があります。Innovative Sensor Technology IST AGは、欧州宇宙部品調整機構（ESCC）認定の薄膜白金（Pt）温度センサを提供しております。本センサは-200℃から+200℃の温度範囲で使用可能で、許容誤差クラスB（IEC 60751 F0.3）に分類されます。 これらのRTDは、Pt100からPt2000までの異なる抵抗値でご利用いただけ、エンジニアリングモデル（EM）またはフライトモデル（FM）として提供可能です。また、延長リード線（ESCC認定リード線付き）での構成も可能です。 従来使用されてきた巻線式センサと比較して、これらの薄膜センサには様々な利点があります。最も重要な点は、センサが継続的な熱サイクルや時折の振動にさらされた際に損傷を受けやすい表面が少なくなることです。白金抵抗構造がセンサのセラミック表面に強固に結合される薄膜技術により、これらのセンサは非常に堅牢であり、頻繁な温度変動や振動を伴う用途に適しています。
Amphenol Times Microwave Systems InstaBend™086フレキシブルマイクロウェーブアセンブリ
Amphenol Times Microwave Systemsの新製品「InstaBend™086フレキシブルマイクロウェーブアセンブリ」は、柔軟性に優れた同軸高性能マイクロウェーブアセンブリです。RF回路基板、モジュール、筐体パネル間の相互接続向けに事前組立設計を採用しています。InstaBendアセンブリは、宇宙飛行、熱真空環境、マイクロウェーブ試験をはじめ、スペース制約のある筐体内アプリケーションや、その他多くの民生・軍事用途に最適です。 本ケーブルはコネクタ直後で非常に鋭角に曲げることが可能であり、設置面積を最小限に抑え、スペースを節約するとともに、コネクタ背面の保護を必要とせずに配線経路を簡素化します。
本記事の要点
JWSTは、人類が自らの存在に関する数多くの疑問への答えを追い求める姿勢を体現しております。宇宙探査には、膨大な距離や過酷な環境といった多くの課題が存在しますが、 Innovative Sensor TechnologyやAmphenol Times Microwave Systemsのような精密部品により、JWSTのような将来の極限環境対応機器は、私たちが宇宙を探査し理解しようとする中で、引き続き宇宙への窓としての役割を果たし続けることでしょう。
著者について
Rudyは、高度な電気機械システム、ロボティクス、空圧システム、真空システム、高電圧、半導体製造、軍事ハードウェア、プロジェクト管理において35年以上の専門知識を有しています。Rudyは技術系ウェブサイトに掲載された技術記事を執筆しており、技術管理の学士号とプロジェクト管理を専攻したMBAを取得しています。Mouser入社前は、National SemiconductorおよびTexas Instrumentsに勤務していました。