NASAのナンシー・グレイス・ローマン宇宙望遠鏡の打ち上げ成功は、幅広い先端技術で長年にわたって積み重ねられてきたエンジニアリング、インテグレーション、試験、検証の集大成です。 その中には、PI（Physik Instrumente）が供給した高精度モーションシステムとピエゾシステムもあります。これらのシステムは、初期の装置開発や光学アライメントから、現在宇宙空間で稼働しているフライトハードウェアに至るまで、プロジェクトのさまざまな段階を支えてきました。
ローマン宇宙望遠鏡は、2026年8月30日にSpaceXのファルコンヘビーで打ち上げられ、現在は地球から約100万マイル（約160万km）離れた、太陽-地球系第2ラグランジュ点（L2）に向かっています。 この宇宙望遠鏡は、口径2.4 mの主鏡と、ハッブル宇宙望遠鏡の約100倍に相当する視野を兼ね備えており、広域サーベイによって、ダークエネルギー、ダークマター、太陽系外惑星、宇宙の大規模構造を調査できます。
PIの参画は、ローマン宇宙望遠鏡の開発が広視野赤外線サーベイ望遠鏡（WFIRST）プロジェクトとして進められていた初期にまでさかのぼります。 10年以上にわたり、PIの技術は極低温試験装置、光学系のインテグレーションプロセス、自動モーションシステムに、そして最終的には望遠鏡に搭載されている宇宙飛行認定済みのサブシステムで使用されてきました。
初期の試験装置からフライトシステムまでを支える高精度モーション
PIの最初期における貢献の1つが、装置開発試験装置向けに供給された極低温対応位置決めステージです。 約200 K～220 Kの温度で動作するよう設計されたこのシステムは、実際の動作条件下で光学系や検出器の性能を評価するために必要な、高精度のモーション制御を実現しました。
開発の進展に伴い、PIは高精度ガントリーや6自由度ヘキサポッドなどの位置決めシステムをさらに供給しました。 これらのプラットフォームは、サブシステムの開発だけでなく、ローマン宇宙望遠鏡の1/5スケール試験装置で行われた作業を含む、より大規模なインテグレーション作業も支えました。
6軸で高精度モーションを実現できる能力は、ローマン宇宙望遠鏡の主要観測装置である広視野観測装置（WFI）に伴う光学アライメント作業において、特に重要な役割を果たしました。WFIは、3億画素の赤外線撮像・分光システムです。
ヘキサポッドによる分光光学系のアライメント
分光光学系を宇宙飛行装置に組み込むには、従来の機械的な固定治具だけでは達成が困難な位置決め精度が求められます。 WFIでは、PIのヘキサポッドを使用することで、光学素子を最終的に接着固定する前の6軸アクティブアライメントが可能になりました。
このアライメントプロセスについては、SPIEの学術誌『Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems』に掲載された論文「Compact Prism Assembly for Slit-less Spectroscopy Capability in Roman」で説明されています。 著者たちによると、プリズム素子はヘキサポッドに取り付けた仮固定治具に搭載され、光学プロファイラーとセオドライトのデータを使用してアライメントが行われました。
ヘキサポッドを使用することで、エンジニアたちは、宇宙飛行用の格納枠内において各光学素子をサブミクロン、サブ秒角レベルの精度で位置決めできました。 アライメント要件を満たした時点で接着剤を注入して硬化させ、部品を所定の位置に恒久的に固定しました。
その一例がP1プリズム素子のアライメントです。この素子の位置決めと接着固定には、ローマン宇宙望遠鏡のグリズムアセンブリ向けに先行開発されたものと同じ基本手法が使用されました。
これらの光学素子は、WFIの分光機能において重要な役割を担っています。 グリズムとプリズムは入射した赤外光をスペクトルに分散させます。これにより科学者たちは、撮像だけでは得られない天体の物理的特性、組成、距離に関する情報を明らかにできます。
ローマン宇宙望遠鏡のコロナグラフに搭載されたPIのピエゾ技術
PIの技術は、地上での開発や試験だけでなく、現在望遠鏡に搭載されて稼働しているハードウェアにも貢献してきました。
ローマン宇宙望遠鏡のコロナグラフ装置（CGI）は、近くにある恒星の圧倒的な明るさを抑えることで、太陽系外惑星や星周物質を直接撮像するよう設計された技術実証装置です。 このレベルで恒星の光を抑えるには、アクティブな波面制御と極めて高い指向安定性が求められます。
開発段階において、エンジニアたちは試験・評価作業にPIのS-330 高速ステアリングミラー（FSM）システムを使用しました。 さらに重要な点として、宇宙飛行用コロナグラフの高速ステアリングミラー機構には、三角形に配置された3台のPI PICMA P-888.51 ピエゾアクチュエーターが組み込まれています。 内蔵のひずみゲージセンサーが位置フィードバックを提供し、クローズドループ動作とナノメートルレベルの動作制御を実現します。
PICMAアクチュエーターが選ばれた理由の1つは、要求の厳しい航空宇宙用途で実証されてきた信頼性にあります。 NASAは以前、この技術を火星探査ミッションの用途向けに認定しており、その試験では1,000億回を超える動作サイクルで故障が発生しないことが実証されています。
プロジェクトのライフサイクル全体を支える高精度エンジニアリング
ローマン宇宙望遠鏡のミッションは、高精度位置決め技術が現代の宇宙望遠鏡開発のほぼすべての段階をどのように支えているかを示しています。
PIのシステムは、極低温装置の開発、自動試験プラットフォーム、光学系のインテグレーションプロセス、高精度アライメントと接着固定の手順、コロナグラフの開発、そして最終的にはフライトハードウェアに至るまで、プロジェクト全体を通して貢献してきました。
当初は研究室の試験装置を支える技術として始まったものが、宇宙空間で稼働しているミッションクリティカルなコンポーネントへと進化したのです。
打ち上げ成功後、NASAは2026年9月にローマン宇宙望遠鏡の広視野観測装置を起動しました。 初期のシステム点検でWFIとコロナグラフの両方が正常に動作していることが確認されており、宇宙望遠鏡は引き続きL2に向けて航行中です。 最初の科学観測は2027年初頭に予定されています。
PIにとって、ローマン宇宙望遠鏡は、モーションコントロール技術の応用例の1つにとどまりません。 極低温ステージ、ヘキサポッド、自動モーションシステム、高速ステアリング機構、ピエゾアクチュエーターなどの高精度位置決めソリューションが、次世代宇宙望遠鏡の開発全般で求められるアライメントや安定性の多様な課題に対応できることを実証しているのです。
