インターステラー「春の大掃除」：宇宙ゴミの掃除ガイド

3年前、国際宇宙ステーションの宇宙飛行士たちは使用済み電池を積んだ2トンのパレットを廃棄した。予想外に、パレットの一部は3年間宇宙を漂った後、地球に戻り、2階建ての建物を突き破った。宇宙ゴミがもたらす脅威は孤立した事例ではない。国際宇宙ステーションはかつて、宇宙ゴミの接近により緊急回避措置を取ったことがある。この緊急措置は、宇宙飛行士の当初の船外活動計画を直接中断させ、その後の宇宙ステーションの展開に影響を与えました。大規模な破壊力を持つこれらの宇宙ゴミはどこから来るのでしょうか?

星間空間で失われた宝物？宇宙ゴミの起源を解明

1957 年 10 月 4 日、ソビエト連邦は世界初の人工衛星スプートニク 1 号を打ち上げました。この歴史的な瞬間に、もう 1 つの世界記録が樹立されました。衛星を宇宙に送り出すことに成功した後、その運搬ロケットが軌道から外れ、史上初の宇宙ゴミとなったのです。その後数十年にわたり、科学技術の継続的な進歩と宇宙探査の深化に伴い、さまざまな衛星、有人宇宙船、無人探査機、その他の宇宙船が頻繁に宇宙に送り出されました。これらの宇宙船の打ち上げプロセス、宇宙での運用、メンテナンス、そして最終的な廃棄により、必然的に大量の宇宙ゴミが発生します。これらの破片には、燃え尽きたり完全に分離しなかったロケットの部品、ミッション完了後に放棄された衛星本体、太陽電池パネルの破片、さらにはミッション中に外れたネジなどの小さな物体も含まれています。

さらに問題を複雑にしているのは、宇宙が静かな真空ではないことです。物質密度は極めて低いものの、隕石や小惑星の破片など、微小な天体が多数存在します。これらの物体は地球の軌道付近を高速で移動し、周回中の宇宙船と衝突することもあります。衝突が起こると、宇宙船自体が損傷するだけでなく、さらに多くの破片が発生します。これらの追加の破片は潜在的な危険源となり、将来の衝突のリスクが高まります。

宇宙ゴミ

宇宙の脅威：宇宙ゴミの危険性

人類の宇宙活動の頻度が高まり、宇宙ゴミが継続的に蓄積されることにより、かつては無限に広大な領域と考えられていた宇宙は、静かにますます「混雑」しつつあります。宇宙船が宇宙を旅するときは、複雑な宇宙環境に直面するだけでなく、宇宙ゴミにも注意する必要があります。これらの宇宙ゴミが正常に動作している衛星や宇宙船に衝突すると、それらに損傷を与える可能性があります。有人宇宙船と遭遇した場合、宇宙飛行士の生命が脅かされ、深刻な結果を招くことになる。現在、低軌道（LEO）領域には、数百万個に及ぶ大量の宇宙ゴミが溢れています。これらの破片は時速29,000キロメートルにも達する極めて高速で移動しており、これは弾丸の約7倍の速度です。これを考慮すると、たとえ小さな宇宙ゴミであっても、宇宙飛行士の宇宙服を貫通したり、衛星の太陽電池パネルや電子部品に損傷を与えたりするのに十分な運動エネルギーを持っていることになります。

欧州宇宙機関（ESA）のデータによれば、地球に住む人間が宇宙ゴミによって負傷するリスクは1000億分の1以下であり、これは宝くじで大当たりする確率よりもはるかに低いが、宇宙ゴミによって引き起こされる潜在的な危険は依然として注目に値する。

宇宙ゴミが宇宙船に衝突

宇宙クリーンアップ作戦: 星間の故郷を救う方法

現在、宇宙ゴミに対するアプローチには、回避、予防、保護、除去の 4 つがあります。

回避とは、ハイテク軌道監視技術を使用して宇宙ゴミの位置を事前に把握し、宇宙船が迂回して衝突を回避することを意味します。予防策としては、寿命を迎えた衛星の軌道離脱対策を講じることです。衛星が寿命を迎えると、姿勢軌道エンジンが始動し、衛星の軌道を積極的に下げて大気圏への突入を早め、宇宙ゴミの発生を抑えます。静止軌道にある衛星は「墓場」軌道に送ることができ、これにより、一般的に使用されている軌道上の宇宙ゴミの量を減らすことにも役立ちます。宇宙ゴミの衝撃に耐えられるよう、宇宙船をアルミ板や高強度複合材料などの「防弾チョッキ」で覆うことで保護を実現している。清掃には、ゴミを大気圏に引き上げて燃やすか、宇宙ゴミの軌道をあまり一般的に使用されていない軌道高度まで上げることが含まれる。

宇宙ゴミを大気圏に引きずり込んで燃やすか、「墓場軌道」に引きずり込む

2016年6月25日、中国の長征7号ロケットは初飛行に成功し、7つのペイロードを宇宙に送り込んだ。そのうちの1つは能動型宇宙ゴミ清掃機「奥龍1号」だった。これは宇宙掃除機のようなもので、機械のアームを使って周囲の宇宙ゴミをつかみ、掃除の目的を達成します。

レーザー技術は現在、さまざまな分野で広く使用されている先進技術です。宇宙ゴミを除去する際、レーザーは魔法の杖のように機能し、宇宙ゴミを優しく押して飛行経路を変え、重要な宇宙機器に衝突しないようにします。宇宙ゴミにレーザーを照射し、レーザーの熱でゴミを燃やしたり溶かしたりすることもできます。しかし、レーザーを使って宇宙ゴミを除去するには、レーザーの方向と強度を非常に正確に制御する必要があり、レーザーが宇宙ゴミに跳ね返る可能性にも注意する必要があるなど、いくつかの課題があります。

レーザーによる宇宙ゴミの除去

レーザー技術に加えて、電磁防護と呼ばれる技術も宇宙ゴミの除去に使用できます。電磁場を利用して宇宙ゴミの飛行経路を変えることができます。磁石の横に小さな鉄片を置くと、鉄板が吸い寄せられるのと同じです。電磁防護も同様の原理を利用しますが、宇宙では電磁場を利用して鉄板を引き寄せ、方向を変え、さらには「ロック」して安全な場所に送ります。しかし、コストが高く複雑であるため、この技術を完全に適用することは依然として非常に困難です。

さらに、科学者の中には、私たちの日常生活における漁網を使った漁業からインスピレーションを得て、宇宙のゴミを清掃する特別な方法、つまり空飛ぶ網捕獲法を考案した人もいます。このフライングネットの特別な点は、その構造が非常にまばらで、広げると、広いスペースをカバーするのに少量の材料しか必要としないことです。重さわずか3キロの飛翔網は、広げると1,000平方メートル近くの面積を持つ。この設計により、飛行ネットは高い精度を必要とせずに、宇宙空間にある衛星や大きな宇宙ゴミを捕獲することができます。さらに、フライングネットの使用中に破片が発生しなくなるため、安全性が向上します。

宇宙ゴミは軌道上の衛星やその他の宇宙資産に脅威を与え、宇宙ミッションのリスクを増大させる可能性があります。したがって、航空宇宙技術の持続可能性を向上させ、環境に優しい材料を使用し、監視を強化し、故障した機器を速やかに除去するなど、発生源から制御する必要があります。宇宙は人類共通の財産であり、宇宙環境の保護には各国の共同の努力と協力が必要です。

一部の情報は、People's Daily Online、CCTV.com、International Online などから提供されています。

（科学的レビュー：中国有人宇宙計画宇宙飛行士システム副司令官、尹睿）