キューブセイル（ウルトラセイル）

CubeSailは、2018年に行われた低コストの宇宙船推進デモンストレーションミッションで、2機の同一の1.5U CubeSat衛星を使用して、その間に長さ260m（850フィート）、面積20m2 ^（ 220平方フィート）のソーラーセイルリボンを展開した。^{[2]このミッションは、}イリノイ大学とCU AerospaceによるフルスケールのUltraSailヘリオジャイロ^[3]につながる、ますます複雑化する計画デモンストレーションシリーズの最初のものだった。^{[更新が必要]}

ウルトラセイルは、太陽光による放射圧を推進力として利用するロボット宇宙船の一種です。 1971年にリチャード・H・マクニールが発表した「ヘリオジャイロ」コンセプト^{[4] [5] [6] [3]}に基づいており、中央ハブに取り付けられた複数の回転ブレードで構成されています。

ヘリオジャイロ宇宙船の姿勢（向き）、そして推力の方向は、ヘリコプターと同様に、サイクリックおよびコレクティブブレードピッチを変更することによって制御されます。

ヘリオジャイロの設計は正方形の帆に比べて質量面での利点はありませんが、大きな帆のブレードを展開する方法が支柱ベースの設計よりも簡単なため、魅力的です。^[7]ブレードの剛性は、宇宙船を回転軸が太陽を指すように回転させることによって実現されます（遠心力）。

イリノイ大学はCU Aerospaceと共同で、アルミニウムマイラー製の7.7 cm × 250 mの膜（約20 m ² ）の展開を実証し、その膜の推力を測定するミッションを設計しました。膜は、低地球軌道で互いに分離する2つの1.5Uキューブサットの間に展開されます。これは、UltraSailと呼ばれるより大型のソーラーセイルコンセプトの開発に向けた第一歩となることを目的としています。

CubeSat の向きを変えると、帆は上層大気圏で空気抵抗を受け、廃棄されることになります。

この宇宙船は2012年にNASAによってELaNa計画の一環として打ち上げられることが選ばれた。^{[8] [9] [10]}

CubeSailは2018年12月16日にニュージーランドからエレクトロンロケット^[11]で打ち上げられた。 ^{[1] [12]}

「2018年12月18日の打ち上げ後に正しい周波数の衛星ビーコンが一度観測された」ものの、「ビーコン内のコールサインを復調するのに十分な信号対雑音比」がなく、「CubeSailからのそれ以上の通信は受信されなかった」。^[13]

このプロジェクトの2番目のミッションはI-Sailと呼ばれ、2022年に打ち上げが提案されており、総帆面積2,500 m ²の両側ブレードを備えた25 kg（55ポンド）の宇宙船で構成される予定です。^{[14]深宇宙ミッションに使用される}イオンスラスタの何倍もの推力レベルを実証し、地球の重力からの脱出を実行します。^[14]いくつかの科学的目標が二次目標として評価されています。^{[14]このプロジェクトは、NASAの}中小企業技術革新研究（SBIR）プログラムによって資金提供されています。^[15]

CubeSailとI-Sailは、惑星間および恒星間ミッション用の、より大型（1,600 kg ^[16]）のソーラーセイルコンセプトであるUltraSailの開発に向けたステップとして意図されています。^[17]この後者は、中央のハブに取り付けられた数キロメートルの長さのフィルムブレードを延長したCubeSailのような構造が複数あり、最終的にヘリオジャイロを形成します。ソーラーセイルの本体であるUltraSailブレード素材は、幅がそれぞれ5～10 mの複数のリールに取り付けられ、最大5 km（3.1 mi）のブレード長に展開され^[16]、合計100,000 m ²のセイル面積になります。^{[2] [3]}宇宙船は、先端のCubeSatに支えられ、中央のハブの周りを回転し、遠心力でブレードを平らにします。数キロメートルの長さのブレードを安定させるには、太陽の圧力を3～5倍克服するために、1～2時間の回転期間が必要です。各ブレードはリップストップでコーティングされた薄いポリイミドフィルムです。^[16]

ウルトラセイルでは、ブレードの制御（および宇宙船の姿勢制御）は、各ブレードの先端にある小型の制御可能なミニ衛星（チップサット）によって開始されます。^{[16] [18]}チップサットの質量は、回転中にブレードに安定した遠心力を提供します。各チップサットは、長さ5メートルのカーボンファイバー構造で、総質量は50kgで、航空電子機器と20kgの推進剤（触媒_亜酸化窒素（N2O ）とコールドガス）が含まれます。^[16]あるいは、チップサットは、ブレードのピッチを制御するために電動マイクロスラスタで推進することもできます。^[19]

太陽圧力による最大予想推力は、同等の深宇宙ミッションに使用される400kWイオン推進システムと同等である。 ^[19]

• 2010年5月に打ち上げられた日本のソーラーセイル「イカロス」
• NanoSail-Dの後継機であるNanoSail-D2は2010年11月に打ち上げられた。
• 2019年7月に打ち上げられた制御されたソーラーセイルキューブサット、LightSail
• 地球近傍小惑星スカウト、現在2020年に打ち上げが予定されている太陽帆キューブサット
• 2014年に打ち上げ前に中止されたソーラーセイル「サンジャマー」