衛星を軌道に乗せるには、直接的か間接的か、どちらの方法がよいのでしょうか?

多くの人の印象では、衛星が軌道に乗るのは非常に簡単で、ロケットから正常に分離した後は自然なことのように思えます。実際、衛星が目標軌道に到達するプロセスは、一般的に 2 つの方法に分けられます。

1 つ目は直接軌道投入で、これはロケットによって衛星を所定の軌道に直接打ち上げるよく知られた方法です。 2 つ目は間接軌道投入で、ロケットがまず衛星を低高度の駐機軌道に打ち上げ、その後衛星が独自のエンジンを始動して加速し、最終的に所定の高度で目標軌道に投入します。このプロセス中、衛星は通常、楕円移行軌道の近地点と遠地点で加速を開始する、いわゆる「ホーマン移行」を実行します。

衛星はなぜ間接的に軌道に入ることを選択するのでしょうか?これを理解するには、軌道に入る 2 つの方法の利点と欠点を比較する必要があります。

衛星が直接軌道に入ることを選択した場合、速度は速くなります。ロケットは全行程を通じてほぼ動力飛行状態にあり、大量の推進剤を消費しますが、衛星は作動するために電源を入れる必要がないため、搭載推進剤を節約でき、衛星の小型軽量化と軌道上寿命の延長を実現します。

対照的に、間接軌道投入方式を選択した場合、ロケットは衛星をより低い軌道に輸送するだけでよく、消費する推進剤が少なくなるため、同じ離陸質量でより多くのペイロードを輸送できます。しかし、衛星は電源を入れて稼働させる必要があるため、推進剤の需要が大幅に増加し、軌道上に留まる時間も長くなり、リスクが増大します。

例えば、衛星の運用や制御はより複雑になります。 2回の起動の点火継続時間と点火時間を事前に計算し、推力の大きさと方向を正確に制御する必要があり、また、長期のトランスファー軌道飛行中に衛星の姿勢、電力供給と分配、熱管理などを正確に管理する必要があります。

この点に関して失敗から教訓を得ることは珍しいことではありません。 2月末、米国企業SpaceXは第2世代スターリンク衛星の「ミニバージョン」第1弾を打ち上げた。計画によれば、これらの衛星はまず高度約370キロの軌道に送られ、数日後に軌道を上げるための操作を開始する。しかし、衛星軌道遷移飛行中に問題が発生しました。それぞれの軌道高度は異なる速度で徐々に低下し、軌道高度340キロと360キロの間で「テストを繰り返す」ことを余儀なくされた。少なくとも2つの衛星が再突入し、燃え尽きた。

ファルコン9ロケットの最終段カメラが撮影した写真。ロケットと第2世代スターリンク「ミニバージョン」衛星が宇宙空間で分離しようとしているところを写している。 （出典：SpaceX）

では、衛星が直接的に軌道に入るか、間接的に軌道に入るか、どちらの方法が優れているのでしょうか?これは実際にはタスクの要件によって決まります。緊急打ち上げや宇宙救助ミッションが実行され、時間を節約する必要がある場合は、衛星を直接軌道に投入する方がよいでしょう。ミッションに十分な時間があり、より多くの重いペイロードを宇宙に送り込むことを目指しており、チームが衛星製品の信頼性に自信を持っている場合は、衛星に自律上昇の機会を与える方がよいでしょう。 （著者：鄭雄）