宇宙レベルの光学技術で「見えない」を「見える」に！｜株式会社清原光学

　ほどよし4号機の工学系の開発を担当した当社は、戦後間もない1949年に創業された老舗光学メーカーですが、 衛星搭載用の望遠鏡の部品製造の経験はありましたが、トータルでの開発は初めてでした。私たちは光学系の設計や材料についてはさまざまな知見を持っていますが、地上とは違うノウハウも必要で苦労した部分も多くありました。

　4号機の望遠鏡は、反射式の中でも「リッチークレティアン光学系」と呼ばれる種類です。主鏡で入射光を反射したあと、小さな副鏡でもう一度反射させて、撮像部に光を集めており、1,000mmという長い焦点距離を持ちながら、望遠鏡本体は非常に短くコンパクトになっています。

　光学系の設計でポイントの1つとなったのは、熱変化による悪影響をどう抑えるかです。物質は温度が上がると膨張し、下がると収縮します。例えばミラーを精度良く製造しても、熱変化で形状が変わってしまえば、ピンぼけの画像のなってしまいます。

　この問題に対し、4号機の光学系では、極めて熱膨張が小さい日本製のセラミックスをミラーに採用。鏡筒の長さが変化するのも問題となるため、この素材には、軽量で熱膨張がほとんどないCFRP（炭素繊維強化プラスチック）を採用しました。また副鏡の支持棒（スパイダー）は構造を工夫することで、伸縮があっても軸が中心からずれないようにも工夫をしました。

　そのほか、宇宙ならではの苦労としては、CFRPの湿度による変化がありました。大気中でCFRPは湿気を含んでいるため、宇宙に出るとそれが乾いて、わずかに縮んでしまいます。その分を考慮して設計する必要がありましたが、真空環境で600㎞離れて撮影するような試験はできないため、想定通りに動作するかどうかは、結局は宇宙で確認するしかありませんでした。

　「実際に使う環境（宇宙）と違う環境（地上）で最終調整をしなければならないのが、地上の望遠鏡と宇宙の望遠鏡で一番違うところ」でもありました。ぶっつけ本番でやるしかなく、もし不具合があっても修理に行けない。それが宇宙望遠鏡の難しさだと実感させて頂きました。

　また「地上の望遠鏡では、調整機構を用意することで精度が上げられますが、調整できる箇所があるということは、逆に言えば、そこでずれてしまう可能性があるということ」です。宇宙の望遠鏡では、トラブルの原因となる恐れがあるため、ほどよし4号機には、残念ながら調整機構の搭載は見送られています。

　今回開発したのは口径15㎝の望遠鏡でしたが、これはまだ過渡期です。今後の大型化について、当社は「これをスッテプにして、一回り大きい望遠鏡の話もすでに動き出しています。今取り組んでいるのは、口径30㎝クラスの望遠鏡ですが、30㎝くらいであれば、超小型衛星にも搭載できるだろう」と考えています。

　撮像部の仕様にもよりますが、一般的に、口径が2倍になれば、地上分解能も2倍にできます。そうなれば、超小型衛星でも2～3mクラスの分解能が視野に入ってきます。

　最新の商用衛星では、すでに数10㎝クラスの分解能を実現していますが、製造コストが2桁ほど安い超小型衛星で1桁悪い分解能を達成できたなら、コストパフォーマンスは悪くありません。それに、超小型衛星はたくさん打ち上げて、時間分解能を大きく向上できるというメリットもあります。