無燃料ロケット、電磁波で飛ばす　東大グループ考案

米国の宇宙船アポロ11号の月面着陸から今年で半世紀。今や国内外の企業が商業用ロケットのコスト削減を競う。東京大学などのグループは物資を宇宙に大量輸送する未来を見据え、従来のロケットとは全く異なる打ち上げ方式を考案した。燃料を積まずに、地上から電磁波のビームをロケットに向けて照射し、そのエネルギーで推進する。実証試験に取り組みながら、2030年代の基地建設や試験機の打ち上げを目指している。

ロケットは通常、液体や固体の燃料を積んでいる。燃料の化学反応で発生するガスを噴射し、その反動で推力を得ている。東大の小紫公也教授は「アポロ11号を打ち上げたサターンVも現在のロケットも打ち上げの原理はほぼ変わっていない」と指摘する。

小紫教授らは燃料を積まずに電磁波のエネルギーで打ち上げる「マイクロ波ロケット」を考案。03年に小型のロケット模型で実験し、原理の実証に成功した。

打ち上げではロケットに向け、地上のアンテナから電磁波のビームを照射する。ビームはロケット底部にあるリフレクターと呼ぶ鏡に反射し、焦点付近にエネルギーが集まる。強いエネルギーによって焦点付近の空気が電離してプラズマが発生し、爆発を引き起こす。この衝撃波をリフレクターが受け止め、ロケットの推進力になる。

燃料を積まないため、タンクやエンジンは不要だ。より多くの物資を運べ、簡素な構造で製造コストも下がる。その代わり、ビームを送る基地が必要になる。初期投資として基地を建設し、再使用型ロケットなら打ち上げコストは電気代などに限られる。宇宙に物資を大量輸送する手段になると期待される。

実験では量子科学技術研究開発機構が核融合炉研究に使う「ジャイロトロン」という装置でビームを発生させた。マイクロ波ロケットと呼ぶが、実はビームには、マイクロ波より波長が短い電磁波のミリ波を使う。

03年に打ち上げたのは約10グラムの小型模型で、2メートル飛ばして原理の実証に成功した。09年には120グラム程度の模型を1.2メートル打ち上げた。ビームをパルス状にして照射すると持続的に爆発が起き、推力を高められることも分かった。　ビームでプラズマが生じる過程や爆発による空気の流れなど、マイクロ波ロケットの詳しい原理は未解明な部分が多い。小紫教授らは福井大学や筑波大学などと協力して、東大にもジャイロトロンを設置、実験データを積み上げる方針だ。

ジャイロトロンは核融合炉とともに技術開発が進む。実用レベルのロケット打ち上げには100メガ（メガは100万）ワット～100ギガ（ギガは10億）ワットの出力が必要とされ、非常に規模が大きい。多数のジャイロトロンを制御し、強力なビームを作る技術も必要だ。

コンピューター上の打ち上げシミュレーション（模擬実験）を実現し、20年代に実用レベルのロケットや打ち上げ基地の設計を目指す。道のりはまだ長いが、小紫教授は「開発不可能な問題が出てくるとは思わない」と話す。