ワールド・イズ・ノット・イナフ（宇宙船の推進）

ワールド・イズ・ノット・イナフ（WINE ）は、宇宙船の推進力として燃料補給可能な蒸気エンジンシステムを開発する米国のプロジェクトです。WINEは、氷、氷の多いレゴリス、および含水土壌から揮発性物質を抽出する方法を開発し、それを蒸気推進として使用することで、宇宙船が複数回燃料補給でき、非常に長い耐用年数を実現できるようにしました。これにより、1機の宇宙船で複数の小惑星、彗星、または月、火星、冥王星、エンケラドゥス、ガニメデ、エウロパなどの氷の世界の複数の着陸地点を訪問できるようになります。

収穫および推進システムは、2018年12月に小惑星を模擬した環境下で小型宇宙船のプロトタイプでテストされ、成功しました。WINEは、フロリダ州の Honeybee Robotics、セントラルフロリダ大学、エンブリー・リドル航空大学の共同プロジェクトです。

WINEは、ハニービー・ロボティクス、セントラルフロリダ大学（UCF）、フロリダ州エンブリー・リドル航空大学（ERAU）の共同プロジェクトであり、持続可能で費用対効果の高い宇宙探査の重要な部分として、水の現場資源利用（ISRU）を促進することを目的としています。 ^{[1] [2] [3] [4] [5]} WINEは、セントラルフロリダ大学の惑星研究科学者フィリップ・メッツガーとハニービー・ロボティクスのクリス・ザクニーによって考案されました。^{[6] [7]}

研究チームは、推進力として蒸気を使用し、「宇宙の永遠の探査のために」地元の氷を採取する宇宙船のプロトタイプを開発し、テストした。^{[8] [9] [10]}このシステムは、ドリルを使用して表土（レゴリス）から氷を採掘して抽出し、水を浄化して加熱し、推進力として圧縮蒸気として使用する。燃料補給は、太陽系内のさまざまな氷天体、または冥王星、エンケラドゥス、エウロパ、月などの低重力の氷世界の複数の着陸地点で無期限に繰り返すことができる。^{[11] [12]}

2019年1月現在、開発とテストはNASAの中小企業革新研究プログラム（SIBIR）によって資金提供されています。^{[8] [13] [14]}

Honeybee Robotics が開発している水収穫装置には 2 つのバージョンがあります。「Spider System」は、蒸気動力を使用して「歩行」または離陸することを目的とした着陸船用で、PVEx は水を収穫して他の目的に輸送することを目的とした大型ローバー用です。抽出された水はタンクに貯蔵され、蒸気推進に使用したり、他の用途に別の場所に輸送したりできます。

スパイダー水抽出システムは、宇宙船の着陸船の脚に統合された複数のシステムを備えており、より高い処理量とシステムの冗長性を提供します。コンクリートと同じくらい硬い、セメントで固められた氷と鉱物の複合材料を掘削できます。このアーキテクチャにより、各ドリルは、水分を豊富に含む物質をサンプリングする際にアンカー力としても機能します。^[7]貯蔵された水は加熱されて蒸気になり、クモが歩くように着陸船の脚を動かすために使用したり、ジェット推進として使用して別の着陸地点に飛んだり、複数の氷の天体に移動したりすることができます。

惑星揮発性物質抽出装置（PVEx）は、放射性同位元素熱電発電機を備えた大型ローバーに搭載するのに最適なバリエーションです。加熱された内壁を備えた二重壁のコアリングオーガーが特徴で、氷、氷を多く含むレゴリス、および氷天体の含水土壌から揮発性物質を抽出します。 ^[5] 二重壁コアリングドリルは氷質物質を貫通し、揮発性物質を多く含むコアを加熱して、水やその他の揮発性物質をガスに変えます。このガスはシステム内に閉じ込められ、コールドトラップに流れ込み、そこで固体に凝縮して、別の車両またはデポの貯蔵タンクに移すことができます。このシステムは、採掘と抽出を1つのステップに組み合わせています。^{[17] [18]}目標の深さまで掘削し、5cm（2.0インチ）のコアサンプルを採取して加熱し、表面上のコンデンサーで揮発性物質を捕捉します。抽出が完了すると、コアラーは引き込まれ、乾燥したレゴリスコアが残されます。

2016年の初期テストは、システムの機械的側面を評価するために石灰岩と氷のブロックで実施されました。PVExのバリエーションは、 10分で石灰岩の深さ50cm（20インチ）と7分で-20°C（-4°F）の氷のブロックの同様の深さを目標としていました。宇宙アナログ条件下での初期の性能テストでは、1.7Whr/gの抽出エネルギーを必要としながら、87％の水抽出効率が測定されました。必要な電力は40分間で60ワットです。^{[19] [20]} 1日あたり30kgの水を採取するには、PVExコアラーに2台のMMRTGジェネレータが必要です。^[19]需要が少ない場合は、ソーラーパネルを使用できます。

2016年後半、チームはWINE宇宙船の小型化に合わせていくつかの採掘メカニズムを実験した。採掘テストでは、氷を含む月のレゴリス模擬物から水を抽出した。また、テストでは物理的に乾燥している（水や氷を含まない）小惑星のレゴリス模擬物からも水を抽出した。これは、フィロケイ酸塩鉱物の結晶構造内に閉じ込められていた水を放出したためである。フィロケイ酸塩は炭素質小惑星に豊富に含まれる。この抽出された小惑星の水には、模擬小惑星のバルク構成により、溶解した二酸化炭素、金属、有機物が大量に含まれていたが、チームはこれが蒸気推進の妨げになるとは考えなかった。結果に基づいて、彼らは統合型WINEプロトタイプの追加開発のためにPVEXコアラーを選択した。^[4]

研究チームは2018年12月31日に、模擬小惑星レゴリスから凍った水を採取しながら、真空と低温の宇宙空間を模擬した条件下で統合プロトタイプのテストに成功した^{[9] 。[ 14]} 数分以内に、マイクロ波サイズの宇宙船は水和した人工レゴリスから水を抽出し、蒸気スラスタを使用して真空チャンバー内で離陸した。^{[9] [14] [21] [10]}

システムコンポーネントは、 2019年に技術準備レベル5（TRL 5）に到達する予定です^。[7]この研究はNASAによって資金提供されていますが、この水収穫システムは民間企業が小惑星、彗星、月、ケレス、エウロパ、タイタン、冥王星、水星の両極、または水があり十分に低い重力がある場所であればどこでも使用できます。^{[22] [17] [14]}

宇宙船は展開式太陽電池パネルを使用して採掘や蒸気製造用の電気エネルギーを生成するか、 放射性同位元素熱電発電機（RTG）を使用してこれらの惑星ホッパーの潜在的な到達範囲を冥王星や太陽から遠く離れた他の場所にまで拡張することができます。 ^[9] 水を加熱し、加圧蒸気として推進ノズルから排出して推力を生成します。または、蒸気を使用して蒸気エンジンとして機械的な動きを開始します。

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