レーザーと3Dプリンティングが宇宙の未来を築く方法

宇宙探査は過去数十年で大幅に進歩し、それに伴い私たちの野望も拡大しています。もはや遠い惑星を訪れるだけでなく、そこに滞在することが目標であり、そのために将来の宇宙植民や星間旅行を支える構造物の建設に積極的に取り組んでいます。

しかし、地球外での建設は地上での建設と同じではありません。宇宙での建設には深刻な課題が伴います。

例えば、極端な温度変動は地球上で使用している建設材料の耐久性を損なう可能性があります。さらに、微小重力、宇宙の真空、放射線、水や従来の骨材といった資源の不足、そして軌道上や他の天体表面で部品を打ち上げ組み立てる物流といった課題があります。

これらすべてが、宇宙での建設において材料と手法の両方を再考する必要性を示す課題です。

宇宙コンクリート、マイクロ波焼結、レーザー焼結、熱硬化性材料、そしてレゴリスの溶解・成形といった技術は、過酷な環境条件と資源不足に対処する手段の一部です。

3Dプリンティング技術はもう一つの重要なイノベーションで、宇宙で複雑な居住施設や構造物を構築する大きな可能性を示しています。精度、効率の向上、迅速な硬化、安定性、そして廃棄物の最小化という利点があります。

この技術は月や火星の土壌といった現地資源と組み合わせて耐久性のあるインフラを構築でき、地球からすべての材料を輸送する必要性を減らします。

ここで重要な役割を果たすもう一つのイノベーションは自動ロボットで、過酷な環境でコンクリート構造物を構築し、人間の労働を不要にします。リアルタイムのモニタリング機能を備えており、長期居住のための建設品質と安全性を確保します。

そのため、宇宙探査と植民の分野は急速に進展しており、その中で研究者は持続可能な宇宙活動のために非常に大規模な構造物を構築する方法を考案しました。

NOM4Dの旅：レーザーを用いた宇宙製造

フロリダ大学（UF）のエンジニアチームは、精密金属構造物の製造¹にレーザー技術を活用して軌道上で取り組んでいます。

この構想は、先進的なレーザー技術を用いて、軌道上に100メートル規模の太陽光パネルなどの巨大構造物を具体的に建設することです。

太陽光パネルに加えて、チームは宇宙望遠鏡、衛星アンテナ、あるいは宇宙ステーションの部品が直接軌道上で建設されることを目指しており、これは長期ミッションと持続可能な宇宙活動への大きな一歩となります。

フロリダ大学ハーバート・ヴァートハイム工学部の材料科学・工学部門の准教授であるビクトリア・ミラー博士によれば:

「私たちは宇宙で大きなものを作りたい。宇宙で大きなものを作るには、まず宇宙で製造を始めなければなりません。これはエキサイティングな新たなフロンティアです。」

研究を実施するため、同大学はDARPAから110万ドルの契約を取得しました。他の大学も宇宙製造を探求していますが、UFは宇宙用途のレーザー成形に特化している唯一の大学です。

このため、ミラーと彼女の学生は防衛高等研究計画局（DARPA）およびNASAのマーシャル宇宙飛行センターと協力しており、同センターは打ち上げ機、宇宙システム、推進システムとハードウェア、最先端の工学技術、そして先端的な科学研究プロジェクトを通じて米国の宇宙プログラムを推進しています。

そこで、彼らはNOM4Dというプロジェクトに取り組んでいます。これはNovel Orbital and Moon Manufacturing, Materials, and Mass-efficient Design（新規軌道・月製造、材料、質量効率的設計）の略で、宇宙インフラ開発を変革することを目指しています。

NOM4Dにおいて最大の課題の一つは、ロケット貨物のサイズと重量の制約を克服することです。これらの課題に対処するため、UFチームは金属を正確なパターンでトレースしながら形状に曲げるレーザー成形技術を開発しています。

正確に行われれば、レーザーの熱が金属自体をねじるため人手は不要で、軌道上製造を実現する重要なステップとなります。チームメンバーで材料科学・工学の3年目博士課程のナサン・フリップによれば:

「この技術を使えば、地球から完全に組み立てた状態で打ち上げるよりもはるかに効率的に宇宙で構造物を建設できます。これにより、宇宙探査、衛星システム、さらには将来の居住施設に対する新たな可能性が広がります。」

金属の形状を正確かつ必要に応じて変えることは複雑なプロセスであり、複雑なレーザー曲げは確かに大きな成果ですが、これは全体の一部に過ぎません。

ミラーは、課題はプロセス中に材料特性が維持または向上することを確認することだと指摘しました。曲げられた部分は、適切な柔軟性を保ちつつ、優れた特性と耐久性・強度を持つ必要があります。

材料を評価するため、チームはステンレス鋼、アルミニウム、セラミックで制御試験を実施し、熱、重力、レーザー入力といった変数が材料の曲げ方や挙動にどのように影響するかを分析しました。

「私たちは多数の制御試験を行い、異なる金属がレーザーエネルギーにどのように反応するか、どれだけ曲がるか、どれだけ加熱されるか、熱がどのように影響するかなどの詳細なデータを収集しています。また、材料特性とレーザーエネルギー入力に基づいて温度と曲げ量を予測するモデルも開発しました。モデリングと実験の両方から継続的に学び、プロセスの理解を深めています。」

– Wei

UFのプレスリリースによれば、評価の一つは宇宙に近い条件でのレーザー成形テストで、熱真空チャンバーが必要でした。これはNASAが提供し、NASAマーシャル宇宙センターとの協力により技術成熟度（TRL）が大幅に向上しました。

このテストはフリップが主導し、材料が宇宙の過酷な環境にどのように反応するかを観察しました。チームが見出したのは、材料特性、レーザーのパラメータ、環境条件など多数の要因が最終結果を左右するということです。

「宇宙では、極端な温度、微小重力、真空といった条件が材料の挙動をさらに変化させます。その結果、宇宙で信頼性と一貫性を保つ成形技術への適応は、さらに複雑さを加えることになります。」

– Fripp

UFでの研究は2021年に始まり、以降大きく進展しました。しかし、宇宙で使用できるようにするにはさらなる開発が必要です。現在、最終年度に入り、プロジェクトは2026年夏に完了する予定です。

プロジェクトのさまざまな側面、特にレーザー成形プロセス中の材料の完全性維持に関する疑問は残っていますが、チームは各シミュレーションとレーザーテストで新たな建設時代に一歩近づいていると楽観的です。

「地球だけでなく、宇宙でも製造の可能性の限界に挑戦するチームの一員であることは素晴らしいです。」

– Wei

地球外居住地のためのエコフレンドリーな建築ブロック

地球外建設を目指す中で、科学者は他の惑星に存在する資源を活用するなど、さまざまな手段を試みています。

最近、テキサスA&M大学の科学者たちは、ネブラスカ大学リンカーン校の協力者と共に、火星の砂塵を構造物に変える生体材料を開発し、赤い惑星での自律的建設を可能にしました。このようなイノベーションは、火星植民という目標の実現に重要です。

チームは数年間にわたりバイオ製造を通じて設計された生体材料の作成方法を探求してきましたが、最終的に人間の介入なしで建築材料を自律的に生成できる合成地衣類システムを開発しました。

NASAイノベーティブ・アドバンスト・コンセプト（NIAC）プログラムの支援を受け、最新の研究ではこのシステムをレゴリスを使用した火星上の構造物建設に活用する方法が検討されました。テキサスA&M大学のジン・コンルイ・グレース博士によれば:

「自然の地衣類を模倣することで合成コミュニティを構築できます。私たちは合成地衣類を作り、火星のレゴリス粒子を接着して構造物を作るバイオマテリアルを生成する方法を開発しました。その後、3Dプリンティングにより、建物や住宅、家具など幅広い構造物を製造できます。」

他の研究者がすでに検討した火星レゴリスを結合する別の戦略もあります。これらは硫黄、マグネシウム、ジオポリマー化合物に基づく方法ですが、いずれも人手に大きく依存しており、実用的ではありません。

自己増殖型微生物システムも別の方法です。この分野のイノベーションには、真菌菌糸体を自然の結合剤として使用すること、ウレア分解菌で炭酸カルシウムを生成してレンガを作ること、そして細菌のバイオミネラリゼーションで砂を固体の石造りに変えることが含まれます。

有望ではあるものの、これらの手法は完全に自律的ではありません。使用される微生物は単一種に限られ、存続するために継続的な栄養供給が必要であり、外部からの介入が不可欠です。

そこで、チームは完全に自律的な自己増殖技術のために複数種の微生物に転向しました。

ここでは、ヘテロ栄養性糸状菌が大量のバイオミネラルを生成し、宇宙の過酷な条件でも生存できるため使用されました。これを光合成性窒素固定シアノバクテリアと組み合わせて合成地衣類システムを構築しました。チームは現在、レゴリスインクを作成し、バイオ構造物を3Dプリントする次のステップに取り組んでいます。

「この自己増殖技術が長期的な宇宙探査と植民を可能にする潜在力は大きいです。」

– Jin

数か月前、ジョージア工科大学の科学者らは、地上と宇宙の両方の居住地に適した、モジュール化・再構成可能・持続可能な新しいタイプの建築ブロックを開発したと報告しました。

Eco-voxels（エコフレンドリーなボクセル）と呼ばれるこのユニットは、航空機の翼や耐荷重壁に必要な構造性能を維持しながら、炭素フットプリントを最大40％削減できます。

これらの3次元ピクセルは、トウモロコシ糖由来の部分的にバイオベースのポリトリメチレンテレフタレート（PTT）で作られ、航空宇宙部品の製造過程で失われたスクラップ素材から回収した炭素繊維で強化されています。

これらのエコボクセルは軽量で、迅速に組み立てられ、現地調達の材料に依存しているため、将来の月や火星のシェルターに最適な候補です。

月面と火星の居住地：世界的な推進

宇宙探査への熱意は、明らかに宇宙技術の進歩をもたらしました。月や火星に居住地を設置するにあたり、NASAは積極的に関与し、課題を理解し必要なシステムを開発しています。

アルテミス計画は、月に永続的な基地を設立することを目標とした主要な取り組みの一つです。NASAはテキサス拠点の建設技術企業ICONとも協力し、宇宙ベースの建設システムを構築し、Project Olympusに投資しています。

このプロジェクトの焦点はロボット建設にあり、月の資材を利用して居住可能な構造物、貯蔵ユニット、着陸パッドを作成できる3Dプリントロボットの展開を目指しています。また、3Dプリントされた火星居住地プロトタイプで1年にわたる実験も実施しました。

同社はVulcan建設システムを通じて、NASA向けに実際の1,700平方フィート（約158平方メートル）の3Dプリント構造物を構築しました。これは建築事務所BIGが設計し、火星の居住地をシミュレートして長期宇宙ミッションを支援します。

NASAはまた、真菌由来の菌糸体ブリックを使用して火星や月に住宅を建設することも検討しています。

NASAエイムズ研究センターの上級科学者リン・ロスチャイルドが率いる「Mycotecture Off Planet」プロジェクトは、NASAイノベーティブ・アドバンスト・コンセプト（NIAC）プログラムから200万ドルの資金を受けました。このプログラムは「宇宙飛行士の輸送、探検者の居住、価値ある研究の促進に向けた技術の進歩にコミット」しています。

この概念は、宇宙飛行士が休眠状態の真菌が組み込まれた軽量構造体を持ち込み、少量の水で真菌の成長を刺激するというものです。菌糸体は真菌の主体を成す糸状構造で、複雑で頑丈な形状に成長し、汚染を防ぐために安全に封じ込めることができます。さらに、菌糸体は水のろ過や廃水からのミネラル抽出にも利用できます。

チームはすでに概念の実現可能性を示しており、真菌ベースのバイオコンポジットを作成し、プロトタイプをテストしました。現在は真菌居住地の材料特性の向上に注力し、低軌道でのテストを目指しています。

欧州連合（EU）では、欧州宇宙機関（ESA）が大きな進展を遂げています。例えば、2020年にシミュレートされた月の土壌から酸素を生成する試作プラントを設置しました。数年後には、将来的に資源を抽出するために月の潜在的資源を評価するロボットドリルと小型実験室「Prospect」の開発に着手しました。

ESAは宇宙計画を推進するため、米国のNASAをはじめとする他の機関や複数の民間組織と協力しています。

デンマークの設計・建設会社SAGAは、ESA向けにコンパクトな訓練用居住施設を作成しました。これらの居住施設は作業エリア、共用スペース、睡眠カプセルを備えています。一方、Aurelia Instituteはモジュラー式パネルを開発しており、宇宙に展開されるとより大きな構造物を形成し、宇宙飛行士にとって快適な環境を提供します。

資源抽出と居住プロトタイプに加えて、ESAは重要なタイミング技術も進めています。Atomic Clock Ensemble in Space（ACES）を構築し、今年4月にフロリダから軌道へ打ち上げました。これは2つの接続された原子時計で構成され、一方は水素原子、もう一方はセシウムを含み、より高精度な単一のティックセットを生成し、3億年で1秒の精度を持ちます。

この高精度時計は、より優れたナビゲーション、資源管理、さらには重力測定を可能にし、地球外での持続可能な人類の存在を支援します。

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データストレージさえも月へ向かう

興味深いことに、企業はデータセンターを宇宙へ移すことさえ検討しています。今年初め、フロリダ拠点のLonestar Data Holdingsは、Intuitive MachinesのAthenaランダー（IM-2）に靴箱サイズの装置を搭載しました。

IM-2の目的は、資源探査、月面移動性、物質分析を実演し、水源を発見して月面および宇宙で持続可能なインフラを構築することです。

Lonestar Data HoldingsのIM-2搭載装置は、インターネットの「父」の一人とされるヴィント・サーフやフロリダ州政府などからのデータも搭載していました。

月にデータストレージを置くことで、AI、機械学習、クラウドサービスの需要増加に伴い急速に成長しているデータセンター業界が抱える課題—高エネルギー消費、電力網への負荷、騒音公害—を克服できると期待されています。

Lonestarの社長兼最高収益責任者であるスティーブ・アイゼルによれば、「月はデータにとって最も安全な選択肢になり得る」。「ハッキングが難しく、侵入ははるかに困難で、自然災害や停電、戦争といった地上の問題からも離れています」と付け加えました。

同社は、太陽と地球の間のラグランジュ点L1に配置された複数の衛星を利用し、2027年までに商業データストレージサービスを開始することを目指しています。Axiom SpaceやStarcloudといった他社も同様の計画を進めています。

「月面経済は成長し、今後5年以内に月にデジタルインフラが必要になるでしょう」、さらに「火星以降も同様です。それが私たちの未来の大きな部分になるでしょう」とアイゼルは述べました。

宇宙探査と植民への投資

宇宙分野において、Northrop Grumman Corporation (NOC )は、NASAのアルテミス計画、ゲートウェイ月面前哨基地システム、自律ロボット、宇宙内製造研究を通じて深く関与しています。また、先進的な推進技術、大規模展開可能構造物、精密製造にも取り組んでいます。

Northrop Grumman Corporation (NOC )

Northrop Grumman Corporationの時価総額は725億7,000万ドルで、株価は現在506.62ドル、年初来で7.44％上昇しています。EPS（TTM）は25.36、P/E（TTM）は19.88で、配当利回りは1.83％です。

財務面では、2025年第1四半期の売上高は95億ドル、過去最高の受注残高は928億ドルでした。純利益は4億8,100万ドルで、希薄化株式1株当たり3.32ドルです。約8億ドルが配当と自社株買いを通じて株主に還元されました。

最新のNorthrop Grumman（NOC）株式ニュースと動向

結論

私たちが宇宙へとさらに遠くへ進むにつれ、永続的な存在を築くにはロケットだけでは不十分であることが明らかになってきました。つまり、過酷な環境条件に耐え、資源不足に対処できる頑丈な構造物が必要です。

軌道上での金属レーザー成形からバイオエンジニアリング材料、自律ロボット、3Dプリンティングまで、これらの進歩は持続可能な地球外未来への道を切り開いています。研究が進むにつれ、私たちは地球外に永続的な拠点を築き、真の惑星間文明を構築することにますます近づいています。

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編集者注（2025年7月）: 本記事は、追加の情報源の帰属を含め、研究チームのフィードバックループ開発の進捗を誤って表現した文を削除するために更新されました。

参考文献:

^{1. Carter, P. (2025年6月25日). 教室から宇宙へ: 学生たちが宇宙で大規模な構造物を構築することを目指す. University of Florida News. Retrieved from https://news.ufl.edu/2025/06/manufacturing-in-space-with-lasers/}