「人を運ぶ」から「物を運ぶ」へ、天舟宇宙船の華麗なる変貌

2023年5月、天舟6号貨物宇宙船の打ち上げに成功した。天州6号は当初の設計に基づいて改良されました。容積は20％拡大し、積載量は6.9トンから7.4トンに増加し、実に1,000キログラム増加しました。

今日は、貨物宇宙船とは何か、貨物宇宙船と有人宇宙船の違いは何か、そして 1,000 キログラムの追加物資を運ぶことの意味についてお話します。

天舟貨物宇宙船について語るとき、私たちは現在の天宮宇宙ステーションではなく、その年の天宮1号と天宮2号から始めなければなりません。天舟貨物宇宙船と比較すると、外観が非常によく似ていることがわかります。実際、天舟宇宙船の公式紹介を見ると、天舟貨物宇宙船は天宮1号標的宇宙船と有人宇宙船の技術を完全に継承して開発されたという一文が見つかります。つまり、軌道上のランデブー・ドッキング技術や宇宙ステーション技術などを検証するために作った実験的な設計だった天宮ターゲット宇宙船は、2回使われて無駄になったのではなく、ずっと使える天舟貨物宇宙船になったのです。

すると、賢い学生の中には、宇宙実験室を貨物宇宙船に改造するのは、有人宇宙船を貨物宇宙船に改造するよりも大きな回り道のように思えると言う人もいるでしょう。結局のところ、有人宇宙船も貨物宇宙船も宇宙船なので、改造はより簡単であるように思えます。

ご存知のとおり、航空宇宙分野では、有人宇宙飛行となると、多くのものを追加する必要があります。結局取り外すことができるシートと手動制御システムについては、今は話さないようにしましょう。有人宇宙船には貨物宇宙船には使えない重要なものがあります。それは帰還カプセルです。有人宇宙船は片道の旅にはなり得ません。人々を送り出すと同時に、彼らを降ろす必要もある。しかし、貨物宇宙船はそうではありません。彼らは貨物を送り、ゴミを降ろします。ゴミは宇宙船と一緒に大気圏で燃やせばいいのです。そのため、帰還カプセルやパラシュート、生命維持装置などの断熱設計は必要ありません。さらに、信頼性と安全性の要件は有人宇宙船よりも低くなります。

天宮宇宙ステーション（Tuchong.com からの写真）

この場合、神舟を改造に使うと大きさが足りず無駄になってしまいます。帰還の必要はないが、貨物宇宙船の打ち上げ後は、宇宙飛行士が宇宙ステーションから船内に穴を開けて物資を回収する必要があるため、船内の環境は人間が生存できるものでなければならない。小さな倉庫なので、人が住む必要はありませんが、人が住める倉庫でなければなりません。ほら、戻る必要なんてないし、内部は人が入れる加圧環境になっているはずだ。当時の天宮1号に似ていませんか？そこで科学研究者らは天宮1号をベースに天舟貨物宇宙船を開発した。また、天宮2号目標宇宙船とのドッキング実験にも使用されました。

その後の宇宙ステーション建設プロセスでは、宇宙飛行士の食料、物資、玩具のほとんどは天州から届けられる予定です。しかし、天宮1号と天宮2号の打ち上げには長征2号Fロケットが使われたのに気づきましたか?このロケットの低軌道運搬能力はわずか8.8トンです。しかし、天州に物を詰め込むと重量は13トンになり、長征2Fでは足りません。そこで、後に天州貨物宇宙船を打ち上げる際には、新しい長征7号ロケットを使用しました。

天舟宇宙船は、速達荷物の配達に加え、非常に重要な技術も備えています。飛行機には空中給油技術があり、宇宙ステーションには宇宙給油技術、つまり軌道上での燃料補給技術がなければならないことはわかっています。宇宙ステーションはなぜ軌道上で燃料補給する必要があるのでしょうか?これは、宇宙ステーションが飛行している高度が実際には完全な真空ではないためです。常に少量の空気が存在し、それが軌道をゆっくりと下げ、最終的には落下します。そのため、時々宇宙ステーションの速度を上げなければなりません。

私たちの天宮宇宙ステーションは、燃料効率が非常に良いイオンスラスタを使用していますが、その推力は非常に小さいです。このような軌道を維持することには問題はありませんが、軌道操作が必要になった場合、たとえばスターリンク衛星の列が上昇して衝突の危険がある場合、従来のスラスタを使用して2回押し、軌道を素早く変更する必要があります。イオンスラスタの燃料と従来のスラスタの燃料は両方とも天州から輸送されなければなりません。宇宙ステーション自体に十分な電力がない場合、貨物宇宙船がタグボートのように宇宙ステーションを押すことができます。宇宙ステーションが完成した後、どのくらいの期間正常な運用を維持できるかは、主に天舟貨物宇宙船にかかっていると言える。だから過小評価しないでください。

今回、天州はより多くのものを運んでいるので、誰もが自然にその恩恵を思い浮かべることができます。毎回より多くの物が宇宙に持ち込まれるようになれば、宇宙飛行士の生活はより良くなるでしょう。さらに、たとえ元の積載量が宇宙飛行士が快適に生活できるほど十分であったとしても、貨物宇宙船はより大きくなり、打ち上げ回数も少なくなります。たとえば、以前は 1 年に 2 回の打ち上げを行っていましたが、現在は 2 年間で 3 回の打ち上げを行うことができます。こうすることで、宇宙ステーションの運用コストが安くなります。

天舟宇宙船は将来さらにアップグレードされる可能性がありますか？それは可能です。なぜなら、長征7号にはまだ使い切っていない1～2トンの低軌道積載能力があるため、さらに重く、大きくすることが可能だからです。宇宙飛行士の安全はより確保されます。

この記事は、科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けた作品です。

著者: ゴウ・シェン

レビュー: ゴウ・ビンチェン

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司