NASA「ビッグバン」操作に成功、ボイジャー2号の科学機器3基を少なくとも1年延命
2026年8月7日 00:12
NASAのジェット推進研究所（JPL）のエンジニアは8月4日、探査機「ボイジャー2号」で、内部で「ビッグバン」と呼ばれる慎重を要する電力管理手順を完了したと発表した。複数の電力消費デバイスを、より消費電力の少ない代替デバイスへ同時に切り替える操作で、これにより同機に残された3つの科学機器すべてが、少なくともあと1年は稼働を続けられる見込みだ。
この操作が行われなければ、ミッションチームは2026年末までにさらに1つの機器を停止せざるを得ず、人類が星間空間で運用する唯一の現地観測網は、3つではなく2つの機器で構成されることになっていた。一度失えば元に戻すことはできず、現在資金提供を受けている、または計画中のいかなるミッションでも代替できない損失である。NASAのScienceブログは、ビッグバンの実施によってこの危機が直接解消されたことを確認している。
■「ビッグバン」が実際に行ったこと
この手順では、ボイジャー2号に搭載された複数の電力消費デバイスを停止し、より消費電力の少ない代替デバイスへ切り替えた。同時に、絶対零度に近い約マイナス273度（マイナス459華氏）という星間空間の極寒環境でも、探査機が動作を継続できるだけの温度を保つ必要があった。NASAのVoyager Scienceブログが、この操作の詳細を確認している。
この操作を重大かつ緊張を強いるものにしているのは、複数の切り替えを「同時」に行う点だ。JPLのディープスペースネットワーク（深宇宙通信網）から送信されたコマンドがボイジャー2号に到達するまでには片道約20時間かかり、応答が地球へ戻るまでにさらに約20時間かかる。この往復の遅延により、エンジニアはリアルタイムで監視したり、操作を修正したりすることができない。すべてのコマンドを送信前にほぼ完全な先読みのもとで作成し、切り替えを始める前にあらゆる不測の事態を想定しておく必要があった。NASAのボイジャー観測機器ページでは、両探査機が抱える通信上の制約について、技術的な背景が詳しく説明されている。
ビッグバンによる電力節約により、ボイジャー2号に残された3つの科学機器、すなわち3軸フラックスゲート磁力計（MAG）、プラズマ波サブシステム（PWS）、宇宙線サブシステム（CRS）は、少なくともあと1年は稼働を続けられると予測されている。
■1ワットの消費が取り返しのつかない決断となる理由
ボイジャーが直面する電力危機の根底にある物理法則は、どれほど工学的な創意工夫を凝らしても完全には克服できないほど厳しいものだ。両ボイジャー探査機は、プルトニウム238の自然な放射性崩壊で生じる熱を電気に変換する「多百ワット級放射性同位体熱電発電機（MHW-RTG）」3基から電力供給を受けている。ゼーベック効果とRTGの仕組みについては、NASAの放射性同位体電源システムプログラムで詳しく解説されている。
各RTGには、圧縮成形された酸化プルトニウム238の球体が24個収められている。1977年の打ち上げ時には、各探査機に搭載された3基のRTGが合計で約470ワットの電力を生み出していた。この発電には、ドイツの科学者トーマス・ヨハン・ゼーベックが1821年に発見したゼーベック効果が利用されている。異なる2種類の半導体材料を接合して温度差を与えると、温度差に比例した電圧が発生する仕組みだ。ボイジャーではシリコン・ゲルマニウム系の材料が使われており、538度（1000華氏）を超えるプルトニウムの崩壊熱による高温側と、絶対零度に近い深宇宙に面した低温側との温度差によって電力を生み出している。
問題は、RTGの変換効率が物理的に決まっており、ソフトウェアや運用技術では向上させられないことだ。さらに、プルトニウム238は87.7年の半減期で崩壊し続けるため、観測機器が稼働しているかどうかにかかわらず、探査機の発電出力は毎年約4ワットずつ低下していく。打ち上げから49年近くが経過し、両探査機の現在の発電量は当初の半分未満にまで低下している。
その結果、利用可能な電力と、探査機を動かすために最低限必要な負荷との差は着実に縮まっている。RTGは観測機器や電子部品に電力を供給するだけでなく、重要な構成部品を動作可能な温度に保つ役割も担っている。星間空間で特定のサブシステムが最低動作温度を下回ると、恒久的かつ不可逆的に故障する可能性がある。
この熱的制約こそが、ビッグバンの手順で複数のデバイスを順番にではなく、同時に切り替える必要があった理由だ。移行中も一部のデバイスを温かく保つ必要があり、切り替えが行われた最初の瞬間から、探査機全体の電力負荷の計算が成立していなければならない。2026年4月にNASA Scienceブログに掲載されたボイジャー1号に関する記事では、以前の判断でも同じ電力余力の考え方が用いられたことが説明されている。
2024年以降、減少を続ける電力余力のため、ミッションチームは各探査機で2つの科学機器を停止せざるを得なくなった。NASAによると、ボイジャー2号のプラズマ科学観測装置は2024年9月下旬に停止され、続いて2025年3月には低エネルギー荷電粒子観測装置が停止された。ボイジャー1号では、2025年2月に宇宙線サブシステム、2026年4月17日に低エネルギー荷電粒子観測装置が停止された。ボイジャー観測機器のステータスページでは、両探査機の現在の稼働状況が確認できる。
■残された機器が観測しているもの
ビッグバンによって維持された3つの機器は、偶然残ったものではない。いずれも、時速約5万5370キロメートル（3万4390マイル）で星間空間を進み、ほかの稼働中の探査機が到達したことのない環境を観測している現在のボイジャー2号に、科学的に最も適した機器である。Wikipediaのボイジャー2号の項目によると、同機は現在、地球から約215億キロメートル（133億マイル）、光の速さでも約20時間かかる距離にある。
磁力計は星間磁場を直接測定する。プラズマ波サブシステムは、恒星間の空間を満たす電離ガスであるプラズマの密度や振る舞いを明らかにする電磁波を検出する。宇宙線サブシステムは、銀河や太陽に由来する高エネルギー粒子の流量を監視する。
これら3つの機器は連携して、太陽の影響が及ぶ領域の最外縁に置かれた継続的な気象観測所のように機能している。そのデータは、太陽が作り出す防護的な磁気の泡である太陽圏（ヘリオスフィア）が、銀河宇宙線から太陽系をどのように守っているかを科学者が理解するうえで役立つ。NASAのボイジャー観測機器ページと2025年3月の機器停止に関する発表では、各センサーの科学的な役割が詳しく説明されている。
人類が造った物体として最も遠方にあるボイジャー1号は、地球から250億キロメートル（156億マイル）以上離れており、現在も磁力計とプラズマ波サブシステムを稼働させている。Wikipediaに掲載されたボイジャー2号のデータと、SatNewsによる2026年4月の報道が、これらの距離を確認している。
ボイジャーが担っている観測に代わるものはない。星間空間を目指す後継探査機で、現在資金提供を受けているもの、打ち上げ済みのもの、明確な開発計画に入っているものはない。両探査機が観測機器を失うたびに、人類は何十年にもわたって代替できない可能性のあるセンサーを失うことになる。NASAのボイジャーミッション概要でも、資金提供を受けた後継ミッションが開発されていないことが確認されている。
観測機器を停止する優先順位は、その場で即興的に決められたものではない。電力余力が危機的な水準に達する何年も前に、ボイジャーの科学チームとエンジニアリングチームは、科学的価値、消費電力、そして星間空間にいるボイジャーだけが可能な観測を考慮し、機器を停止する順序について合意していた。2026年4月のボイジャー1号に関するブログ記事では、この優先順位がどのように決められたのかが説明されている。
■次はボイジャー1号の番
ボイジャー2号での成功により、双子の探査機であるボイジャー1号でも同じ手順を実施する道が開かれた。NASAが8月4日の発表で明らかにしたところによると、ミッションチームは今後数カ月以内に、ボイジャー1号でも同様のビッグバン操作を実施する計画だ。
ボイジャー1号は地球からさらに遠く離れているため、通信の往復には45時間以上かかり、工学的な誤差の許容範囲もそれだけ小さくなる。すべてのコマンドシーケンスは、手順の実行中にリアルタイムで状態を確認、測定、調整できない運用環境を前提として計画しなければならない。
2026年4月に行われたボイジャー1号の低エネルギー荷電粒子観測装置の停止について、JPLは、ビッグバンの手順をボイジャー2号で試験し、その後ボイジャー1号へ適用するための時間を約1年確保する措置だと明確に説明していた。ボイジャー2号での試験が完了し、成功したことで、そのスケジュールは計画どおりに進んでいる。SatNewsとNASAの2026年4月のボイジャー1号に関するブログ記事が、この見通しを伝えている。
長期的な目標は、2030年代に入っても各探査機で少なくとも1つの科学機器を稼働させ続けることだ。エンジニアは、慎重な電力管理によって実現できると考えている。一方で、49年近い深宇宙での運用によって、両探査機にはいつ予期せぬ故障が生じてもおかしくないことも率直に認めている。JPLは2025年3月の発表で、この長期目標を明確に示している。
両ボイジャー探査機は2027年に打ち上げ50周年を迎える。ボイジャー2号は8月20日、ボイジャー1号は9月5日がその節目となる。打ち上げ当時にはまったく想像できなかった長期運用だ。
8月4日に完了したビッグバンの手順により、ボイジャー2号は、残された3つの科学機器すべてからデータを送信しながら50周年を迎えられる見込みだ。太陽圏の外側から、光でも約20時間かかる空間を越え、毎秒160ビットの速度で送信を続けることになる。
■注目ポイントQ&A
●NASAがボイジャー2号で実施した「ビッグバン」操作とは具体的にどのようなものですか。
「ビッグバン」とは、ボイジャー2号に搭載された複数の電力消費デバイスを同時に停止し、より消費電力の少ない代替デバイスへ切り替える手順に付けられたJPL内部の愛称です。探査機を動作可能な温度に保ったまま実施する必要がありました。
最大の工学的課題は、複数の切り替えを「同時」に行う点です。コマンドがボイジャー2号へ届くまで片道約20時間かかるため、リアルタイムで監視や調整を行うことなく、切り替えのすべてを事前に計画しなければなりませんでした。節約された電力により、残る3つの科学機器である磁力計、プラズマ波サブシステム、宇宙線サブシステムは、少なくともあと1年は稼働を続けられる見込みです。詳細はJPLの8月4日付ニュースリリースに記載されています。
●なぜNASAはボイジャー2号に電力を追加できないのですか。
ボイジャー2号は、プルトニウム238の崩壊熱をゼーベック効果によって電気に変換する3基の原子力電池、すなわち放射性同位体熱電発電機（RTG）で稼働しています。プルトニウム238は87.7年の半減期で崩壊し続けるため、地上のエンジニアが何をしても、探査機の発電出力は毎年約4ワットずつ低下します。
この物理的な崩壊速度を遅らせたり、燃料を補充したり、ゼーベック効果を利用する熱電変換素子の効率を改善したりすることはできません。エンジニアが取れる手段は、機器を停止して負荷を減らすことと、消費電力の大きいデバイスを小さいものへ置き換えることです。ビッグバンでは後者が実施されました。NASAによるRTGとゼーベック効果の解説では、この仕組みが詳しく説明されています。
●ボイジャー2号の残りの機器が最終的に停止した後はどうなりますか。
ボイジャーが星間空間で収集している科学データを代替するために、現在資金提供を受けている、または計画されているミッションはありません。磁力計とプラズマ波サブシステムのデータは、太陽圏の外側にある領域の星間磁場とプラズマ密度を直接測定するものです。後継探査機が同じ距離に到達するまでは代替できず、仮に今日ミッションが承認されて打ち上げられたとしても、到達には何十年もかかります。
ボイジャーのエンジニアが掲げる現在の目標は、2030年代まで各探査機で少なくとも1つの機器を稼働させ続けることです。それ以降、通信が途絶えた後も、両探査機はゴールデンレコードを搭載したまま星間空間を進み続けますが、データを送信することはなくなります。NASAのボイジャーミッションページでは、プログラムの長期計画が説明されています。
●ボイジャー2号は星間空間で具体的に何を測定しており、なぜそれが地球の人々にとって重要なのですか。
残された3つの機器は、太陽圏のすぐ外側にある局所星間物質の磁場、プラズマ波、宇宙線の流量を測定しています。太陽圏とは、太陽が作り出す磁気の泡であり、地球を含む太陽系を銀河の高エネルギー宇宙線の多くから守っています。
太陽圏の境界が星間物質とどのように相互作用するかを理解することは、長期的な宇宙ミッションの計画、銀河宇宙線が地球へどのように到達するかの解明、太陽活動が宇宙環境をどのように形づくるかのモデル化にとって重要です。ボイジャー1号と2号は、この領域を直接観測した史上唯一の探査機です。NASAのボイジャー観測機器ページとJPLの2025年3月の発表では、各機器の科学的役割が説明されています。
元記事: NASA’s ‘Big Bang’ Saves Voyager 2’s Last Three Interstellar Instruments