宇宙船が宇宙ステーションに「変形」？超恒星間飛行、楽しみにしていますか？

最近、NASAが署名した宇宙法協定は、近年航空宇宙業界で大きな注目を集めているSpaceXの「スターシップ」が新たな明るい展望を迎えることを示しています。 NASAは、地球周回軌道に入る「スターシップ」を低軌道宇宙ステーションに改造する計画だ。スターシップ宇宙ステーションは2030年代に運用開始される予定だ。

ロケットが宇宙の家に変わる

「スターシップ」は、スペースX社が開発中の超大型打ち上げロケットです。これは世界初の2段式完全再使用型大型打ち上げロケットです。マスク氏は早くも2016年に恒星間輸送システム計画と火星移住計画を発表しており、その中核となる輸送手段は「スターシップ」だ。マスク氏は、スターシップの大きな積載量と完全に再利用可能な特性を活用することで、恒星間飛行のコストが大幅に削減されると考えている。

宇宙ステーションに改造された「スターシップ」第2段のレンダリング

マスク氏の当初のビジョンによれば、人類は2022年までに少なくとも2回の貨物船による火星着陸を達成し、2024年には貨物+有人着陸を達成する。2機の有人宇宙船が地球から最初のグループの人々を火星に送り、2機の貨物船が物資の輸送を担当し、それを基に火星植民地が徐々に建設される。

現実には一連の困難があるため、このアイデアは期限内に実現できなくなりました。しかし、北京時間2023年4月20日、SpaceXは初の「スターシップ」飛行テストを実施した。アセンブリが点火して離陸した後、飛行中に複数のエンジンが故障したため、速度と高度が飛行プロファイルから大きく逸脱し、ロケット本体は最終的に爆発して分解しましたが、アセンブリの239秒間の飛行は、この巨大なロケットが機能し、宇宙に進出できることを証明しました。

SpaceXの公式サイトで公開された数値によると、「スターシップ」が完全に再利用されると、その低軌道積載量は150トンになる。一度使用した場合、低軌道での積載量は250トンです。 「スターシップ」は直径約9メートル、高さ約119メートル。ロケットの総離陸質量は約5,000トン、最大離陸推力は7,260トンです。これはサターンVロケットよりもはるかに大きく、離陸重量は後者の約1.7倍です。

偶然にも、地球を周回する米国初の宇宙ステーション「スカイラブ」は、サターンVロケットの第3段を改造して作られた。この建造物は、アポロ計画で余った資材をフル活用して作られました。

サターンVの巨大さのおかげで、スカイラブは長さ36メートル、最大直径6.7メートル、重さ約77トン、容積は368立方メートルとなり、同時期のソ連のサリュート宇宙ステーションをはるかに上回った。 「スカイラブ」は、軌道作業モジュール、トランジションモジュール、多目的ドッキングモジュール、太陽望遠鏡などを備え、かなり「豪華」に建造されました。居住施設も非常によく考えられており、11個の食品貯蔵容器と5個の食品冷凍庫があり、907キログラムのさまざまな種類の温かい食べ物と冷たい食べ物を保存できます。

宇宙ステーションに改造される予定のスーパーヘビー・スターシップの第2段宇宙船は、高さ50メートル、直径6.61メートル、総重量約1,200トン、構造乾燥重量約125トンの再利用可能な軌道クラスの宇宙船です。一度に100人を月や火星に送ることができます。

スペースXは、スカイラブの場合と同様に、スターシップ宇宙船の燃料タンクを宇宙飛行士の居住空間に改造することで、スターシップ宇宙ステーションの居住容積を大幅に増やすことができると述べている。 SpaceXは、スターシップ宇宙船の居住容積は1,000立方メートルとなり、国際宇宙ステーションの全容積を上回ると主張している。

昇進するまでには多くの困難がある

NASA のスターシップを宇宙ステーションに改造する計画は、実は 2014 年に開始された商業宇宙能力協力プログラムにまで遡ることができます。資金援助のない宇宙法に基づいて実施されるこのプログラムは、NASA の既存の専門知識を体系的に共有することで政府リソースの投資を最小限に抑え、強力な商業低軌道経済に必要な重要な能力を育成し、実現するように設計されています。

この協力の核となるのは、NASAが選ばれた企業に既存の専門的な技術知識、レビュー、データを無償で提供し、新技術の開発を支援する一方で、企業は自己資金で能力を発揮し、低軌道経済を開発するというものである。このプログラムの第一ラウンドのパートナーには、SpaceXを含む4社が含まれています。

2023年6月、NASAは、NASAの技術的専門知識、評価、教訓、技術、データの共有を通じて商業宇宙アプリケーションを継続的に推進するための商業宇宙能力協力プログラムの第2ラウンドを発表しました。今回の計画では、NASAは将来の商業および政府のニーズを満たし、有人宇宙飛行と商業低軌道経済の発展を促進することを目標に、SpaceXを含む7つのアメリカ企業を選定した。

SpaceXは、超重量ロケット、ドラゴン宇宙船、スターリンク衛星群によってサポートされ、有人輸送、貨物輸送、通信、運用、地上支援などの複合機能を備えた輸送システムおよび低軌道宇宙目的地要素としての「スターシップ」を含む統合低軌道アーキテクチャの開発を担当しています。

今回、NASAとSpaceXは、低軌道有人宇宙ステーション「スターシップ」の製品設計レビューを2028年第4四半期に完了することで合意し、2023年から2028年までの13のマイルストーンノードを特定しました。これらは、「スターシップ」が宇宙ステーションに変身するために克服する必要がある技術的な課題でもあります。

1つ目は「スターシップ」軌道試験飛行であり、超重量ブースターを使用してスターシップ宇宙船の打ち上げを成功させることです。克服すべき次の課題は、順に、ペイロードを搭載したスターシップの初打ち上げ、スターシップの回収成功、軌道上燃料貯蔵の検証、スターシップの軌道上サービス/回収/ドッキングの検証、低軌道での長期有人運用の検証、スターシップの打ち上げ/軌道投入/着陸の全プロセスの検証、スターシップの低軌道輸送および生活能力の検証、スターシップの低軌道有人宇宙ステーション能力の検証です。

すべてが順調に進めば、「スターシップ」は2028年末までに正式に低軌道で運用される宇宙ステーションに変身することになる。

明るい未来を想像する

実際、人々は宇宙観光、宇宙ホテル、宇宙休暇など、軌道上の宇宙ステーションに関する美しい空想を長い間抱いてきました。しかし、宇宙打ち上げコストが高額であることと、打ち上げロケットの能力が限られていることから、これまでの宇宙ステーションの居住エリアは非常に狭いものでした。世界で最も広い宇宙空間である国際宇宙ステーションでも、その内部容積はわずか915.6立方メートルで、これは320平方メートルの家に6人の宇宙飛行士を収容するのと同じである。まさに「裕福な家庭」としか考えられません。

宇宙ステーションに改造された「スターシップ」第2段のレンダリング

現在、スペース消費の主力は依然として超富裕層です。 2001年にアメリカの実業家デニス・チトーが初の宇宙旅行者となって以来、世界中の富裕層が参加するようになった。その後の8年間で、さらに6人の宇宙旅行者が数千万ドルの費用をかけて国際宇宙ステーションに搭乗した。

多額の資金を費やしながらも、狭い場所に押し込められることは、宇宙観光市場の拡大や業界の持続可能な発展にはまったくつながりません。宇宙船を改造した宇宙ステーションは容積が簡単に 1,000 立方メートルに達し、大量生産して軌道上に打ち上げることも可能です。したがって、将来、低軌道上に一連の豪華な宇宙リゾートホテルが出現した場合、宿泊客が不足することはないでしょう。

「スターシップ」を宇宙ステーションに改造する技術が成熟すれば、「スターシップ」を月や火星まで運転することはもはや困難な作業ではなくなるだろう。観光客は火鍋を食べたり歌を歌ったりしながら、いつの間にか目的地に到着することもあります。

もちろん、どんなに美しい未来であっても、一歩一歩実践的な行動を通じて実現される必要があります。現在、SpaceXが直面している最も緊急の課題は、スーパーヘビースターシップの初飛行をできるだけ早く成功させることです。

米連邦航空局の9月8日の公式サイトによると、スターシップの初飛行事故に関する調査は完了した。最終調査報告書には、初飛行失敗の根本原因がいくつか列挙されており、事故の再発を防ぐためにスペースX社に63の是正措置を講じるよう要求している。対策には、漏れや火災事故を防ぐためのロケットハードウェアの再設計、安定性向上のための発射台の再設計、設計プロセスへのさらなるレビューの導入、自律飛行安全システムを含む主要な安全システムとコンポーネントのさらなる分析とテストの実施、およびより多くの変更管理戦略の使用が含まれます。

SpaceXは現在、すべての是正措置を実施しており、連邦航空局にライセンスの変更を申請している。すべての安全、環境、その他の規制要件を満たした後、スターシップの飛行を再開できます。 （著者：Yu Yuanhang、画像提供：SpaceX、チェックポイント専門家：Jiang Fan、中国航天科技集団科学技術委員会副委員長）