打ち上げが成功した後、ロケットの最終段はどこに行くのでしょうか?

「10、9、8、7、6、5、4、3、2、1、点火。」カウントダウンが終了すると、巨大な運搬ロケットが轟音とともにゆっくりと空へと打ち上げられ、衛星を宇宙へと送り出した。こんなにも壮大な打ち上げシーンは、きっと衝撃を与えるはずです。打ち上げが成功した後、ロケットの最終段階はどこに行くかご存知ですか?ロケットの上段は宇宙ゴミになるだけでなく、宇宙実験室や宇宙ホテルに変えたり、地球を救うために使用したりすることもできることをご存知ですか?

今日は、ほとんどの人が注目していない、ロケットの最終段の所在について学びます。

電車にさまざまな車両があるように、ロケットも第 1 段、第 2 段に分かれており、最後の段階は最終段と呼ばれます。ロケットの最初の数段は、薄い皮に大きな具材が入った餃子のようなものです。 「充填物」は燃料であり、「スキン」はロケットの殻です。ロケットの打ち上げは、燃料を燃焼させ、ガスを排出し、連続的な加速を得て、衛星を宇宙空間に送り出すことです。第一段ロケットの燃料が燃え尽きると、第一段ロケットは廃棄されます。第1段ロケットの殻の重量は10トンを超えるため、これを搭載したまま飛行を続けるとロケットの継続的な加速に影響を及ぼします。同様に、第 2 段ロケットの燃料が燃え尽きた後は、第 2 段ロケットも廃棄する必要があります。この時点で、最終段のロケットだけが衛星を目標軌道に運ぶということをご理解いただけたと思います。ロケットの前の段階は燃え尽きた後に廃棄され、最終的には地面に落ちます。そのため、ロケットを打ち上げる際には、着陸地点を計算し、事前に住民を避難させておく必要があります。ロケットが花や植物に当たったら大変です。米国の宇宙開発企業のイーロン・マスク氏は、第一段ロケットを無傷で地球に帰還させ、再利用することで打ち上げコストを削減したことで有名である。

ロケットの上段が衛星を目標軌道に送り込んだ後、衛星は宇宙空間に漂う巨大な宇宙ゴミとなる。この巨大な宇宙ゴミが高温・高圧下で爆発し、さらなる宇宙ゴミを生み出すのを防ぐために、残っている高圧ガス、燃料、電気を「排出」する必要がある。これはロケットの「不活性化」操作です。上段が軌道を離れて大気圏に突入し、燃え尽きることができれば最高だ。しかし、ロケットの上段のほとんどは軌道を離れる能力がなく、何年も軌道上に浮かんでいなければならないことが多い。この期間中に他の破片に不幸にも衝突した場合、雪崩現象を引き起こし、多数の小さな破片が生成され、衛星の正常な動作が脅かされる可能性があります。

最終段が軌道に乗った今、それを改造して廃棄された最終段を宝物に変えることはできるのでしょうか？我々の研究者は、ロケットの上段を軌道上に維持するためのテスト計画を提案しました。エネルギー、通信、測定、制御モジュールを追加することで、ロケットの上段を「宇宙実験室」にアップグレードして改造し、ロケットの上段の完全な構造と軌道滞在時間を最大限に活用し、さまざまな科学機器を搭載し、部品の検証、新素材の合成、生物学、製薬、基礎物理学などの科学実験を実施し、科学者に宇宙で実験を行う機会をさらに提供しました。この技術は今や現実のものとなりました。

海外では独創的なアイデアを考案し、最終段ロケットの箱を宇宙ホテルに改造して宇宙観光を展開することを提案する人もいる。米国の新興企業「ナノラックス」は、ロケット最終段の脆弱な外殻を特殊な素材で強化し、構造強度を高めて微小な宇宙ゴミの衝突に耐えられるようにすることを提案した。そして、ロケットの最終段の巨大な内部空間が改装され、宇宙ホテルに生まれ変わりました。この技術がうまくいけば、廃棄された大量のロケット段を宇宙のホテルチェーンに変えることも可能になるだろう。宇宙での生活を体験し、壮大な星空を鑑賞し、地球の質感を一望し、そして「究極のホテル」で90分ごとに日の出と日の入りを眺めるのは素晴らしい喜びです！

実は、ロケットの最終段は地球を守るためにも使えるんです！地球近傍小惑星が地球に衝突した場合、核兵器を使って小惑星を爆破する以外に最も確実な方法は、衝突装置を打ち上げて小惑星の軌道を逸らすことである。しかし、人工の衝突体は軽すぎるため、小惑星を安全な距離まで逸らすことはできない。このとき、ロケットの上段を持ち上げて衝突させれば、上段の重量の利点を最大限に活用して、小惑星をより遠い軌道に逸らすことができます。例えば、長征5号ロケットの最終段の乾燥重量は6.5トンです。計算によれば、宇宙船を使ってファット5の上段を制御して小惑星に衝突させると、ファット5ロケット1基でファット5ロケット3基分の小惑星防衛効果が得られることが分かっています。確かに、偉い人は大きな知恵を持っている。危機的な瞬間には、ロケットの最終段が地球を守るために使われる可能性があります。

これで、打ち上げが成功した後、ロケットの上段の運命は単なる「宇宙ゴミ」になるだけではないことが分かりました。科学者の賢い改造により、ロケットの最終段は宝物に変わり、宇宙実験室や宇宙ホテルに変身し、危機の時に地球を救うことさえできます！ロケットの上段に関して、廃棄物を宝物に変える他のアイデアはありますか？ ！

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: 李明涛

査読者：周炳紅（中国科学院国家宇宙科学センター研究員）

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