6.6倍の優位はタダではない

水星軌道(0.39 AU)の太陽光フラックスは1 AUの6.6倍だ。単位面積あたりの効率は圧倒的。しかしミラーの反射率は100%ではない——吸収されたエネルギーがミラーを殺す。


吸収熱と平衡温度

反射率90%のミラーが吸収するエネルギーと平衡温度(Stefan-Boltzmann、背面放射率 ε=0.5 — Alコーティング反射面ではなく非コーティング放熱面の値。放熱面の放射率がこれより低ければ温度はさらに高くなる):

L5 (1 AU)水星軌道 (0.39 AU)
入射フラックス1,361 W/m²8,940 W/m²
吸収量 (10%)136 W/m²894 W/m²
平衡温度~−10°C~150°C

90〜150°C自体は金属が耐えられる温度だ。しかし問題はその次にある。


正のフィードバックループ(Thermal Runaway)

150°Cではコーティングの劣化が加速する。Al-基板間の相互拡散(interdiffusion)はArrhenius法則に従い、温度に対して指数関数的に増大する。

反射率 90% → 894 W/m² 吸収 → 150°C
  ↓ コーティング劣化
反射率 85% → 1,341 W/m² 吸収 → ~190°C
  ↓ 劣化加速
反射率 80% → 1,788 W/m² 吸収 → ~230°C
  ↓ Al-基板相互拡散の臨界点突破
反射率急落 → ミラー死亡

L5で同じ5%の反射率低下が起きたら? 追加吸収68 W/m²。温度変化はわずか。フィードバックループは発動しない。


CMEが引き金を引く

太陽風密度は距離の二乗に反比例する。0.39 AUでは1 AU比で約6.6倍。

より大きな脅威はCME(コロナ質量放出)だ。0.39 AUではCMEがまだ拡散しきっておらず、エネルギー密度が集中した状態でミラーに到達する。たった一度の強力なCMEがコーティング表面をスパッタリングすれば → 反射率低下 → 熱暴走に突入。

参考:MESSENGER探査機も水星軌道ではセラミック製サンシェードなしでは生存不可能だった。


運用現実の比較

L5 (1 AU)水星軌道 (0.39 AU)
平衡温度−10°C(安全)150°C(劣化領域)
反射率5%低下の影響+68 W/m²(無視可能)+447 W/m²(熱暴走開始)
CME耐性高い低い(6.6倍の密度)
予想交換サイクル数十年以上数年〜十数年
メンテナンス物流L5産業クラスターのすぐ隣別途の保守インフラが必要

一言まとめ

水星軌道での反射率5%低下は出力5%減少ではない——ミラーの死が始まる合図だ。L5では丸め誤差に過ぎない。