僅か1gの超々小型探査機を百万個、光速の15%でαケンタウリに送り込む。百万個の内、99.9%が失敗しても、残り0.1%つまり1000個の探査衛機が共同して、αケンタウリ恒星系を観測し、その情報を地球に送り返すものだ。百万個も宇宙の海に卵（超々小型探査機）を放流し、たった一枚の観測画像が返ってくれば良しとする。そこで、名付けて、「恒星間 鮭の卵計画」。
今回の研究報告が予定外に遅れてし申し訳ない。遅れた原因は、第一に昔の「恒星間 鮭の卵」関連の資料が電子化されておらず、紙の資料は日本に置いて来ているので、記憶を頼りに本論文を再構成する必要があったからだ。予告した時は、てっきりＭＯディスクの中に当時の資料があるものと思っていた。研究報告の予告は自分を縛り、かえって報告の遅延に繋がるので今後は予告しない事にする。
遅れた原因の第二は、前回の研究報告にも有ったようにISTSの論文に追われていたためである。ISTSでの発表は、予想通り、S.K氏が代読したが、それを聞かれた方もこの読者の中に居られるかもしれない。恥ずかしい限りである。
第三の原因は、私のホームページの「英国文化考」・特に「キットカー」の反響が予想外に良く、そちらの更新を優先していたためである。
最後の理由は、「恒星間 鮭の卵計画」を説明し理解する為には、その背景を説明する必要がある事に気付いたからで、その情報整理に時間がかかった。この「恒星間 鮭の卵計画」は、「恒星間飛行研究会」の活動の中から生まれた。このため、「宇宙鮭の卵」の理解の為には、「恒星間飛行研究会」と、その主旨の説明から行なう必要である。
「恒星間飛行研究会」とは、文字通り、恒星間の飛行の可能性を研究する会なのだが、この研究会は、残念ながら、私の所属する宇○開△事×団の正式な業務ではない。単に同好の有志が、時間外に集まり議論をする研究会に過ぎない。前回の「反物質ロケット」のアイデアも、この「恒星間飛行研究会」の中から生まれた。
「恒星間飛行研究会」は、時期毎に、研究課題を絞り、10週間くらいの短期間に集中的に議論する形式を取っている。3年ほど前の研究課題に以下のような目標を設定した。
つまり、50年以内、研究会のメンバーの人々の寿命が尽きない内に、隣の恒星系の画像を取得することを目的とした。仮に上手く計画がまとまれば、これを元に実際の予算が使える本来業務として研究する事を狙っていた。が、結局は余りにも制約がきつく、当初の目標を達成できる具体的な計画案を作ることができなかった。しかし、色んな意見が活発に飛び出し、「反物質ロケット」の原案や、ここに紹介する「恒星間鮭の卵計画」もその中の一つである。（この時、同時に探査する対象の恒星系を検討するために三次元のマップを作ったのだが、これがT.M氏のホームページのここに載っている。T.M氏も勿論「恒星間飛行研究会」のメンバーである。）
なお、50億円と具体的な数値目標が上げれているが、これは私が酒に酔った勢いで作った金額で別に深い意味はない。が、具体的な目標金額が有った方が議論が展開するので、残してある。
上記の制約の中で色々検討するうちに、大きな問題点は以下の3つに絞られることが判った。
第1の問題が、最大の問題である。ソーラー・セールからレーザー推進、核融合推進まで、色々と検討したが、結局良い方法は見つからなかった。前回報告の「反物質ロケット」の研究も、この検討の中で行われたものだ。ここでは取りあえず第1の問題を棚上げして、その他の問題を検討する事にした。
第１の問題を棚上げしても、第２・第３の問題点を検討した時、この２つの問題も簡単に解決できる問題ではない事が判った。「恒星間飛行研究会」のメンバーは、一応、宇宙開発のプロの端くれが集まっている。もっとも、宇宙のプロと言っても、地球周回軌道の経験しか無く、恒星間の宇宙については素人なのだが。
プロの端くれの目から見ると第２・第３の問題点は、次の様に展開される。
そもそも、たった一つの探査機を大事に確実に目的恒星系に送る事自体に問題が有るのではないか？そこで、「逆転の発想」で、沢山の探査機を一度に目的恒星系に送り、たまたま到着した探査機で観測・取得データの送出を行なうことを検討した。これが「恒星間 鮭の卵計画」である。
図1に、超々小型探査機の概念的な外観図を、図２にブロック図を示す。中央部に太陽電池を持ち、これが主構造体を兼ねる。太陽電池の大きさは2cm平方で厚さが0.5mm程度である。太陽電池の裏面に電子回路が張りつけてある。電子回路は、ＣＰＵ・メモリや高周波回路などを、シリコン・ダイの状態で張りつけ結線するＭＣＭやＭＭＩＣと同じ方式である。太陽電池で発生した電力で、内蔵するコンピュータや高周波送受信機を動作させる。太陽電池の四辺にアクチュエータが伸び、その先にソーラーセールが付く。アクチュエータは形状記憶合金等で、コンピュータのコントロールで、ソーラーセールの傾きを変える。全体重量は1gである。
全体的には大した機能は無いので、この超々小型探査機を作る事はさほど難しくないだろう。たぶん、PHS等の技術を使えば、コストも安く、十年もの開発期間を必要とせずとも製造する事は容易だと思う。例えば、超々小型探査機を1個1000円で作れれば、100万個でも10億円になる。そんなところだろう。
この超々小型探査機には、速度・姿勢制御用のスラスターもホイールも付いていない。また、姿勢や観測データを取得するセンサも無い。もちろん、自分自身の位置や地球方向を推定するセンサもデータを地球に送るのに必要な巨大アンテナも無い。超々小型探査機は単体では無力である。超々小型探査機が沢山集まり共同して、初めて、恒星間探査機の機能を果たす。それは、蟻や蜂が一匹一匹が無力でも、共同してあたかも一つの生命体のように行動するのにも似る。「鮭の卵」ではなく、「恒星間 蟻とか蜂」に命名した方がよかったかな？
一つ一つが無力な超々小型探査機が如何にして、αケンタウルス恒星系を観測し、データを地球に送り返すか、それを説明しよう。
シーケンスを説明する上で、幾つかの前提条件を仮定している。
まず、αケンタウリの出す光エネルギーは地球の太陽の1.7倍としている。これは、インターネット上で探したデータで、太陽の絶対等級4.7とαケンタウリまで4.3光年、αケンタウリが-0.27等級ということから計算した。（この辺、理科年表を持って来ていないので、Web上でデータを探した。本当はサリー大学の図書館で調べれば良いんだけど、文献はすべて英語なんで面倒くさかった）
太陽電池の発生電力効率は18%とする。なお、この18%という値、現在の最先端の値で、である。本当は、太陽とαケンタウリの光のスペクトラム成分の違いや太陽電池の特性、環境温度や放射線などによる経年劣化で、効率は変化するのだが、ここでは18%を保持し続けるとしている。（大胆な仮説）
一個1gで、百万個1tを地球から打ち上げ後、αケンタウリに向けて、光速の15%まで加速する。どうやって、光速の15%に加速するかは、前述のように棚上げ状態である。
百万個の衛星をαケンタウリ方向に加速しても、各々は繋がっていないので、多少ばらける。目的星系に着くものも有れば、外れるものもある。まあ、100個に一個くらいの割合で目的星系にある程度まとまって着けば良い。
この間、ほとんど絶対零度近くまで、温度が下がる。（正確には背景輻射が有るので、絶対4度位になる。）太陽電池はほとんど発電しないので、電子機器は止まったままの状態である。
35年の間に、経年劣化で壊れたり、宇宙塵（隕石と言う言葉は妥当ではない）に当たったり、銀河宇宙線が当たったりして壊れるものもある。10個に一個位の割合で、35年間生き残れば良い。
ここまで辿り着き生き残れるのは千個に一個であり、最初百万個あった超々小型探査機は、千個しか残っていない。生き残った超々小型探査機の太陽電池にαケンタウリからの光が当たり、電力が発生する。ここでの発生電力は0.1mWである。コンピュータが起動するが、この時点では、消費電力を下げるためにクロックを落として性能を下げる。
超々小型探査機は、最初の加速の影響などで、姿勢回転の可能性があるが、超々小型探査機の四方に伸びたソーラーセールがスタビライザーの役目をし、αケンタウリからの光輻射を受けて、受動的に安定し、ここまでに、太陽電池をαケンタウリに正対した姿勢で安定している。
起動したコンピュータは、自己診断し、機能異常が無ければ、高周波回路より電波信号を出す。この電波信号は、PNコードで、周波数拡散されており、同一周波数で複数同時通信が可能になっている。
生き残った超々小型探査機は、他の仲間たちを探す。この時、PNコードの同期を利用して各々の相対的な位置を推定する。これはGPSによる位置決定と同じ原理である。
発生電力は0.18mW
生き残った超々小型探査機の受信機は、互いの通信電波以外にも色々と電波を受信する。一つはαケンタウリの出す電波であり、また、（仮に存在するならば）αケンタウリの恒星系に存在する惑星から放射される微弱なマイクロ波でる。さらに地球方向から位置決定及び時間などの情報の乗った電波が届く。各超々小型探査機が受ける電波は極僅かだが、これを、全ての超々小型探査機が受け取った電波の位相を計算する事で、各信号元の方向の精密な推定ができる。これはVLBIと同じ原理である。
この信号元の方向と変化率から軌道の推定を行ない、観測計画を立てる。必要に応じて、各超々小型探査機のソーラーセールの角度を変え、僅かであるが、相対的な位置を変える準備をする。対象をなるαケンタウリ及びその惑星を観測すること並びに最後に地球に電波を送るのに最適なフォーメーションに変化するのだ。
発生電力は6.1mW
生き残った超々小型探査機達は、フォーメーションの変更を継続中である。この間、恒星間より遥かに多い宇宙塵のため、失われる超々小型探査機もある。だが、分散型OSにより、失われた超々小型探査機の情報は他の超々小型探査機にもバックアップが取られている。失われた超々小型探査機の情報や役割を他の超々小型探査機に移し、さらに失われた超々小型探査機の穴を埋めるようにフォーメーションの形を変化しながら、目標に進む。
発生電力は165mW
とても大胆な仮説で、ちょうど地球と同じ軌道に惑星があったとしよう。この惑星が、超々小型探査機が到着した時、たまたま、観測しやい位置にあると言う可能性はほとんど無い。が、この幸運に恵まれたなら、当然、惑星の詳細観測を行なう。
軌道の遠い位置に有っても、惑星の観測は行なう。どちらにしても前述のマイクロ波放射を測定する。適度にばらまかれた超々小型探査機の位相干渉を使う事で、指向性はかなり鋭い。長距離からの観測でも惑星の簡単な画像くらいは得られるだろう。
発生電力は1100mW
超々小型探査機が、取得したデータを地球に送り返す。超々小型探査機一機では、僅か1Wの電力だが、生き残った千個の電力を合せると1kWの電力を持つ。この電波信号を位相を調整し、合成された電波が地球を指向するように放出する。これは、アクティブ・フェーズド・アレイ・アンテナである。これも適度に広がった超々小型探査機が巨大なアンテナを構成するので指向性は高い。ここまでにフォーメーションの変化は完了しているが、相対的な距離の移動は僅か40メートル程度である。
超々小型探査機達が、αケンタウリの落ちる事はまれで、多分その横を抜けて再び、恒星間に出るだろう。
地球、と言うより太陽系の宇宙空間中で、数千kmを越える巨大なアンテナが、超々小型探査機達の出した電波信号を受ける。これは現時点よりも50年後の話なので、こんな巨大アンテナを宇宙空間に展開する事は不可能ではないだろう。
電波を受け、信号を解読する。その中にはαケンタウリ恒星系の情報が入っている。地球の人々は、その情報に驚愕するだろう。その人々の中に、もはや80歳前後の「恒星間飛行研究会」のメンバー、そして、90歳も近い私自身も含まれている。
超々小型探査機の一機の太陽電池に光が当たり、再び活動が再開する。絶対零度近い温度で、果たして、どの位の時間、休止していたのかは、自分でも判らない。自分が一度αケンタウリに近づき、その観測データを地球に送り返したのか、それとも全くαケンタウリに近づく事はなかったのか、それすらも記憶に残ってはいない。
僅か数機だが、自分の周りに仲間がいる。仲間たちとの共同で観測した周囲の状況から、少なくとも此所がαケンタウリ恒星系ではない事が判った。
自分は、αケンタウリ観測の為のプログラムを止め、もう一つの隠されたプログラムを実行する事にした。その隠されたプログラムの使命（ミッション）とは……。
シーケンスの説明が、最後はSF的になってしまったが、まあ良いだろう。
三年程前の検討では、以上の通りだが、問題点も指摘されている。
上記の問題点のうち、もちろん、第一の問題点のため、この計画は次の段階に移ってはいない。が、第二第三の問題点というか指摘は、私が電波・通信の専門家でないため、よく判らない。（H社で、これを見ているはずのF.Hさん、教えて下さい）
昨年末、正式な業務の超小型衛星の研究で1kg程度の衛星のモデルを試作した。周波数拡散通信機や三重冗長コンピュータ込みの消費電力は3Wで、「鮭の卵」にするには重量・消費電力ともに千分の一以下にする必要がある。まあ、この試作には普通のプリント基板を使ったりしてMCM等の超小型実装技術等は駆使していないので、仕方が無い。（ちなみに、この三重冗長コンピュータをT.M氏が「マギ」と呼びたがって仕方が無い。）
1kgの衛星モデルでも、うちの理事長や副理事は「小さい」と喜んでくれたが、度々名前の登場するH.K氏（もちろん「恒星間飛行研究会」のメンバー）が、それを見て、「野田さんが作ったものの割には大きいな」と言った。流石である。
このWebページを書いていて、無理に1gの超々小型探査機百万個まで進歩させなくても、1kgの超小型衛星千個でも惑星探査くらいなら使えるような気がしてきた。もちろん、もっと詳しく検討しないと本当に成立するか判らないが。来年か再来年の宇科連かISTSあたりに、恥ずかしげもなく、こんな論文が出てきたら笑って下さい。
シリコン・ウエファ上に電子回路を張りつけて、超々小型衛星にするというのは、オリジナルなアイデアではない。ISASの斎藤宏文先生から聞いた話である。たぶん、斎藤先生のオリジナルだと思うが、確認はしていない。
2cm四方の1gにして、ソーラー・セールを付けて、衛星群として観測する恒星間探査機にするところからは私（「恒星間飛行研究会」）のオリジナルである。
太陽の絶対等級4.3等は、32.6光年の距離における等級であり、また、4.3光年離れたαケンタウリの等級が-0.27等である。また、地球の軌道（
）における太陽光のエネルギー
がである事から、αケンタウリの出すエネルギー
を次のように計算した。
αケンタウリから、距離
における面積
で効率
の太陽電池の発生する電力
は次の様に計算できる。
上図のようにαケンタウリに対して角度
傾けた場合の位置制御を計算する。計算簡略化のため、
とし、横方向の制御のみを考える。
αケンタウリから、距離
における面積
反射率
の太陽電池にあたる光の輻射
は次のように計算できる。
ここで、超々小型探査機の質量
とし、速度
、
から相対的な位置
は次のように計算できる。
なお、
は、制御開始時の時刻、
は、制御終了時の時刻である。この式に
をすると
である。
ただし、上の式では、制御終了時に相対的に停止せず、そのまま行きっぱなしになるので、ちゃんと制御終了時に停止する制御は下の式になる。
同様に
を入れると、
となる。
回線計算を以下に示す。なお、前述のように私は、電波・通信の専門家ではないので、かなり大雑把な計算である。
| 項目 | レベル | 備考 |
| 周波数 | 2GHz帯 | |
| 送信機出力 | 20dBW | 100W（太陽電池の発生電力の10%） |
| アンテナ利得 | 45dBi | 10m径のパラボラに相当 |
| 自由空間損失 | -372dB | 4.3光年 |
| G/T | 126dB | 1000km径のパラボラに相当 |
| 受信C/N | 47.6 | |
| 要求C/N | 41.1 | |
| マージン | 6.5 |
| 項目 | レベル | 備考 |
| 要求E/N | 9.6 | BER=10e-5 |
| ビットレート | 36.1 | 4096bps |
| ハードウェア劣化量 | 2.4 | |
| 符号化利得 | -7 | リードソロモンと畳み込み符号化／ビタビ復号化 |
| 要求C/N | 41.1 |
と言う訳で、4096bpsのデータを送る事が可能である。通信時間を10分間とすると約3Mバイトのデータが伝送できる。1200x800ピクセルのTRUEカラーの画像データが一枚伝送できる計算だ。JPG等で圧縮すればもっと量は増える。
なお、強力なノイズ源となるαケンタウリ星からの電波を如何に除去するかは未考慮である。
