剣を研ぐのに10年もかかるのか？スターライナー初の有人飛行が再び延期

ボーイング社のスターライナー宇宙船は当初、今年7月21日に初の有人試験飛行を行う予定だった。しかし、6月1日、NASAとボーイングは共同で、宇宙船に最近発見された2つの技術的問題により、初の有人試験飛行は延期せざるを得ないと発表しました。このミッションは2023年末より早くは実施されないとの報道もあり、ボーイング社がスターライナー宇宙船を放棄する可能性も排除されていない。では、なぜ恒星間宇宙船の開発プロセスはこれほど困難なのでしょうか?その技術的な特徴は何ですか?今後の見通しはどうでしょうか？

「富裕層と権力者」は

スターライナー有人宇宙船の物語は2010年に始まる。当時、運用・維持費の高騰に加え、1986年の「チャレンジャー号」と2003年の「コロンビア号」の二度の惨事により、スペースシャトルは退役へのカウントダウンに入り、米国は一時的に自主的な有人宇宙飛行能力の喪失に直面していた。アメリカの宇宙飛行士はロシアの宇宙船でのみ国際宇宙ステーションへ旅行できる。しかし、2011年にスペースシャトルが正式に退役した後、ロシアの宇宙船のチケットの価格は上昇し続け、西側諸国の宇宙飛行士1人あたりの輸送料金は2000万ドル以上から2020年には8000万ドル以上に急騰した。

ケネディ宇宙センターの最終組立・試験施設にあるボーイングのスターライナー宇宙船

この厄介な状況に対処するため、NASAは一方では、低軌道と深宇宙探査ミッションの両方を考慮したオリオン宇宙船の開発プロジェクトを立ち上げ、他方では民間航空宇宙企業が主導権を握り、より安価に米国の宇宙飛行士と貨物を国際宇宙ステーションに送ることを期待して、商業有人プログラムの開発を推進した。

2014年9月、NASAは、ボーイング社とスペースX社がそれぞれ42億ドルと26億ドルで国際宇宙ステーションへの有人打ち上げサービスを提供する契約を獲得したと発表した。ご存知のとおり、ボーイング社はNASAの商業有人飛行計画に最初から最後まで関与しており、競合他社よりも多くの政府資金を受け取っており、米国政府から最も信頼されている企業です。ボーイング社も自信満々で、2015年にはスターライナー宇宙船を商業有人ミッションに投入できると宣言している。

ボーイング社には自信を持つ権利がある。米国で最も古い航空宇宙メーカーの一つとして、1916年の設立以来、目覚ましい業績を上げてきました。特に第二次世界大戦後、ボーイングは独自に資金を調達し、航空宇宙技術分野に参入し、固体ロケットエンジンの困難を克服し、ミニットマンミサイルの契約を獲得し、現在でも米国の戦略弾道ミサイルの主要サプライヤーの一つとなっています。その後もボーイングは合併や買収などを通じて航空宇宙分野での技術力を高め、米国有数のロケットメーカーとなった。同社が開発したデルタ4シリーズのロケットは、長い間、米国で最も強力なロケットでした。同社は米国の主要な衛星メーカーの一つでもあり、軍事市場と商業市場の両方で重要な役割を果たしています。ボーイングは、アポロ計画、スペースシャトル、国際宇宙ステーションなど、米国の主要な宇宙計画に重要な役割を果たしてきました。安全で信頼性の高い低軌道有人宇宙船の開発は同社にとって問題ではないようだ。

開発過程で事故が頻繁に発生

実際のところ、米国の商業有人宇宙飛行計画は順風満帆ではなかった。宇宙船の無人試験飛行は何度も延期されている。当初は2015年に予定されていたが、それ以降何度も延期されてきた。 SpaceXがクルードラゴン宇宙船の初の無人試験飛行に成功したのは2019年3月のことでした。

スターライナー宇宙船は当初、もっと早く飛行する予定だったが、脱出の技術的解決策を実行するために複数の液体ロケットエンジンを使用している。ロケットエンジンは脱出のほか、真空軌道変更推進や再突入時の減速・ブレーキにも使用されます。また、何度も再利用できなければならないため、技術は複雑です。ボーイングは2018年の緊急脱出システムのテスト中に、エンジンに推進剤漏れがあることを発見し、宇宙船の推進システムを部分的に再設計する必要があった。このため、スターライナー宇宙船の初の無人試験飛行は2019年12月まで延期された。

スターライナーの最初の無人軌道試験飛行中、宇宙船のミッションタイマーが故障し、宇宙船とロケットの分離後、宇宙船は計画通りに軌道操作を完了することができませんでした。この故障により宇宙船の推進剤が大量に消費され、残った推進剤では国際宇宙ステーションとの安全なドッキングの条件を満たすことができなくなった。ドッキングミッションはキャンセルされ、宇宙船は予定より早く地球に帰還した。

その後の調査で、タイマーが初期化された時点が間違っていたため、11 時間のタイミングのずれが生じていたことが判明しました。その後の軌道上検査中に、ボーイングの開発チームは宇宙船に「バルブマッピングエラー」があることを発見したため、緊急トラブルシューティングを実施し、宇宙船が着陸する約3時間前に修正された飛行制御コードを送信した。

スターライナーの最初の試験飛行が失敗した後、NASAは多数の修正案を提示し、安全上の理由からボーイング社にもう一度無人試験飛行を実施するよう要請した。ボーイング社は2回目の無人軌道試験飛行を実施するために4億1000万ドルを自社資金で支払わなければならなかった。

2021年8月、スターライナーは再び発射台に打ち上げられたが、打ち上げ前の点検中に13個の推進剤バルブに異常があることが判明し、ボーイングは再びトラブルシューティングの長い道のりに乗り出した。

調査の結果、バルブが「固まる」主な原因は、推進剤と大気中の水分の相互作用によりバルブの材料が腐食したことであることが判明しました。しかし、問題は完全に解決されませんでした。代わりに、システムを浄化し、接続部を密閉して推進システムのバルブに水分が入らないようにすることで、腐食を軽減しました。このため、ボーイング社は推進剤の腐食を減らすための制限期間も設定しており、サービスモジュールに推進剤を充填してから60日以内に宇宙船を打ち上げなければならないとしている。

2022年5月、スターライナー宇宙船は2回目の無人軌道試験飛行を実施し、国際宇宙ステーションに初めてドッキングした。しかし、軌道投入段階、宇宙船の点火からわずか1秒後に、エンジンの1つが故障により停止し、飛行管制によって始動されたバックアップエンジンも、わずか25秒の稼働後に原因不明で停止した。幸運なことに、宇宙船は操縦のために別のエンジンを始動し、ついに軌道に乗った。

業界関係者は、このミッションは成功し、スターライナー宇宙船はその後の有人ミッションも打ち上げることができると信じている。しかし今年5月26日、NASAは新たな懸念すべき問題が2つ発見されたと発表し、宇宙船の初の有人試験飛行が再び延期されることとなった。

ボーイングのスターライナー宇宙船がOFT-2ミッションで国際宇宙ステーションにドッキング

予測不可能なプロジェクトの見通し

ボーイング社は、スペースX社の有人飛行3周年の2日前に試験飛行の延期を発表した。これまでクルードラゴン宇宙船は米国政府および民間顧客のためにミッションを遂行し、合計38人を宇宙に送り出している10。NASAは依然として、ボーイングがスターライナーを実用化し、当初は有人ドラゴン宇宙船の「内部予定ミッション」であったプロジェクトの冗長性を提供する2番目のサプライヤーになることを期待していると表明した。

次に、スターライナー宇宙船プロジェクトチームは大きなプレッシャーに直面します。今回発表された2つの問題を例に挙げると、1つはパラシュートソフト接続アセンブリの荷重限界が予想よりも低いことです。メインパラシュートが故障すると、他の 2 つのパラシュートに追加の負荷がかかり、パラシュート システム全体の安全係数が低下します。もう 1 つは、宇宙船の配線ハーネスに巻かれたテープの可燃性です。宇宙船の他の部分で「複数の故障」が発生した場合、テープが燃える可能性があり、潜在的なリスクがさらに増大する可能性がある。これら 2 つの問題は、過度に高度な技術によるものではなく、むしろ不適切な管理の結果であることは容易にわかります。

今後、『インターステラー』の将来は「不透明」と言えるでしょう。

一つ目はコストの問題です。 2019年11月、NASAは両宇宙船の最初の座席コストの見積もりを発表した。クルードラゴンは5,500万ドル、スターライナーは9,000万ドルである。ボーイングは固定価格契約を超えて2億8,720万ドルの追加補償を受け、その後スターライナーのクルーカプセルに追加の貨物を積載することで座席のコストを約7,000万ドルに調整したが、それでもクルードラゴンの乗員を増員する前の価格よりは高い。

2番目の問題は打ち上げロケットです。スターライナー宇宙船は当初、アトラス5シリーズのロケットで打ち上げられる予定だったが、このタイプのロケットは段階的に廃止されつつあり、後継機として予定されていたバルカンロケットの初飛行も延期されており、ミッションの複雑さと不確実性が増している。

最後に、国際宇宙ステーションの廃止の問題があります。 2022年9月、米国政府は国際宇宙ステーションへの有人ドラゴン宇宙船輸送サービスを5機再び購入しました。これは国際宇宙ステーションの退役を支援することが期待されています。スターライナーが無事に就航したとしても、年に1回しか飛行しないと予想されており、その見通しは間違いなく暗いものとなる。 （著者：于元航、レビュー専門家：中国航天科学技術集団科学技術委員会副委員長、江凡）