ハッブルの寿命延長は商業宇宙飛行に彩りを添える

最近、NASA は、商業ミッションを遂行するドラゴン宇宙船を使用して、ハッブル宇宙望遠鏡の軌道上メンテナンス、軌道上昇、寿命延長サービスを提供できるかどうかを実証しました。実際、斬新な宇宙実験の実施から宇宙船の「救助」、宇宙旅行から特定の国家ミッションの遂行まで、商業宇宙サービスの分野は拡大を続け、ますます多彩になっています。商業スペースの興味深い、または驚くべきトリックをいくつか見てみましょう。

ハッブル宇宙望遠鏡を2050年まで生き延びさせる

最近、NASAとSpaceXは、主にビジネス界の大物らの資金提供を受けて、ドラゴン宇宙船を使ってハッブル宇宙望遠鏡の寿命を延ばす方法を研究する協定を締結した。当初の計画では、ドラゴン宇宙船はタグボートとしてハッブル宇宙望遠鏡の軌道高度を数十キロ上げ、当初設計された軌道高度600キロに戻し、2050年まで安定的に運用を続けることになっている。

ハッブル宇宙望遠鏡

ハッブルは30年以上宇宙で活動してきました。 2009年のメンテナンス以来、大気抵抗、地球の電磁場、太陽放射圧の複合的な影響により、軌道高度は徐々に低下しています。救助措置が取られなければ、ハッブル宇宙望遠鏡が2037年に大気圏に再突入する可能性は少なくとも50％あると推定されている。しかし、スペースシャトルはすべて退役している。近年、NASAはハッブル宇宙望遠鏡の寿命を延ばすことを望んでいるが、「料理が上手でも米がなければ料理はできない」というジレンマに直面している。

諺にもあるように、「必ず解決策はある」のです。スペースシャトルはかつて、ロボットや宇宙船とのドッキングを容易にし、緊急事態に対処し、退役時にハッブルを軌道外に牽引するために、円形の柔軟な捕捉装置をハッブルに取り付けていた。予想外にも、この装置により、ドラゴン宇宙船はハッブルの軌道を上げて寿命を延ばすことが可能になった。

しかし、SpaceX はこのミッションを完了する上で依然として大きな困難に直面しています。 NASAは最新のデータや情報を提供していないため、スペースXはドラゴン宇宙船がハッブル宇宙望遠鏡にドッキングするために必要なデータと、自力で軌道を上げるために消費されるエネルギーを計算する必要がある。地上チームが正確に把握できるように、モデリングとシミュレーションの助けを借りて、大量の履歴データが必要になります。

さらに、宇宙船の実際の軌道が設計された軌道から外れたとしても、その誤差は通常、一定の範囲内に留まります。偏差が大きすぎる場合は、軌道を維持するパワーアクチュエータが適時に起動し、自動的に誤差を修正して軌道を調整します。ハッブルの軌道高度は30キロメートル以上低下した。燃料切れか立ち往生のため、軌道維持動力装置が機能しなくなったと推定される。具体的な原因は、地上チームが大量の過去のテレメトリパラメータを分析した場合にのみ特定できます。

これらの困難を考慮すると、ドラゴン宇宙船によるハッブル宇宙望遠鏡の軌道引き上げの運用は2028年まで実施されない可能性があると推定されます。

ゴミの清掃と宇宙船の救助

もしドラゴン宇宙船が本当にハッブルの寿命を延ばすことができれば、NASAは莫大な経済的利益を得ることになるだろう。ハッブル自体の価値が15億ドルであることは言うまでもない（これは1990年に米ドルが過剰発行される前の価値である）。以前、NASAはハッブル宇宙望遠鏡を2030年までに安全かつ制御された状態で軌道から外す計画を立てていた。必要な労力とコストは想像に難くない。さらに重要なことは、このミッションが宇宙ゴミの除去という大義に良いニュースをもたらすと期待されていることだ。

ハッブル宇宙望遠鏡

宇宙への打ち上げや軌道上試験の増加に伴い、低軌道に大量の宇宙ゴミが集まり、時折「宇宙衝突」を引き起こし、宇宙船の安全を脅かすようになっています。ハッブル宇宙望遠鏡のような大型低軌道宇宙船の救出に成功すれば、間違いなく新たな民間航空宇宙部隊が宇宙ゴミの清掃や宇宙船の補給・救出の分野に参入するようになるだろう。

これまで、いくつかの外国の民間航空宇宙企業は、さまざまな宇宙デブリ除去計画を提案してきた。高強度繊維で編んだ大型ネットを使用して大量の宇宙デブリを捕捉する計画などだ。より高出力のレーザー送信機を配備して、熱によって宇宙ゴミの小片を溶かしたり、より遠い軌道に「叩き落とす」ことを構想する人もいる。ロボットアームを使って宇宙ゴミを掴んだり、超強力接着剤を使って宇宙ゴミにしっかりとくっつけたりできる宇宙ロボットの開発を提案する人もいる。宇宙ゴミに「翼」を与えたい、つまり、宇宙ゴミとドッキングした後に展開して宇宙ゴミを引きずり去る、折り畳み可能なフィルムを打ち上げたいと考えている人もいます。

技術が進歩し、実験が進むにつれ、コスト意識の高い民間航空宇宙企業は、宇宙ゴミを破壊したり墓場軌道に引きずり込むのは無駄だとして、「さらに一歩進む」ことを決定した。代わりに、使用期限切れの宇宙船に推進剤を追加して復活させたり、宇宙ゴミから価値の高い材料をリサイクルして軌道上で処理したりする方がよいでしょう。

2020年2月25日、軌道上寿命延長機MEV-1は寿命を迎えようとしていた衛星とのドッキングに成功し、衛星はさらに5年間稼働し続けることが可能となった。その後、軌道上寿命延長サービスは、通常運用段階に入りました。

一部の民間航空宇宙企業はより野心的で、1対1のサービスでは満足していません。代わりに、彼らは「宇宙ガソリンスタンド」を建設する計画を立てている。研究チームは、立方体衛星の構想から出発し、トラス構造を本体として、その両側に立方体衛星サイズの燃料タンクを複数配置し、先端にドッキング機構を設置して、軌道上で燃料が不足した衛星の補給を容易にした。

宇宙船が使用する軌道がますます増えるにつれ、将来の「宇宙ガソリンスタンド」は、地球低軌道、月軌道、さらには深宇宙探査の途中のさらに遠くまで広く分布するようになると思われます。

今年5月25日、「火星探査実証1号」商用ペイロードが宇宙に飛び立ち、軌道上での金属板の安全かつ効率的な切断を実証した。これらの金属板の材質は、まだ初飛行を行っていないバルカン・セントールロケットの上段ケースと同じものだった。明らかに、民間航空宇宙企業は宇宙で「金の採掘」を試み、高価値の材料を入手しており、将来的には打ち上げと供給のプレッシャーを軽減するために軌道上で宇宙船の部品を製造する可能性もある。

商業宇宙旅行にも国家チームがある

近年、商業宇宙観光は多くの非公式の人々の注目を集めています。 2021年にはヴァージン・ギャラクティックとブルー・オリジンが相次いで弾道観光を実現した。 2021年9月16日、SpaceXは初の「完全民間」宇宙軌道観光を達成し、4人の宇宙旅行者を高度550キロメートルの軌道に乗せ、3日間地球を周回させた。一方、観光客は国際宇宙ステーションを訪問するために料金を支払い、宇宙遊泳も計画されている。民間航空宇宙企業は、利益を上げることを目的として、数多くの宇宙ステーションや宇宙実験室を計画している。今後、宇宙輸送コストがさらに低下するにつれ、宇宙観光の展望は広がるだろう。

民間航空宇宙企業の有人打ち上げ技術が徐々に成熟するにつれ、一部の国家チームや環境保護団体などは、民間の有人宇宙サービスを単純​​に購入するようになりました。

最近、アクシオム・スペースはアラブ首長国連邦、トルコ、カナダ、サウジアラビアなどの国々と商業有人宇宙協力協定を締結し、複数の国の宇宙飛行士を宇宙に送る準備を進めている。

アラブ首長国連邦の宇宙飛行士が2023年に国際宇宙ステーションに渡り、長期飛行ミッションを遂行する予定であると報じられている。サウジアラビアは、宇宙科学実験、国際パートナーとの共同研究、または単独飛行に参加するための宇宙飛行士を育成する宇宙飛行士訓練プログラムを開始し、2023年に国際宇宙ステーションに2人の宇宙飛行士を送る計画だ。2021年にトルコ宇宙機関が設立されて以来、同国は2023年に初の宇宙飛行士を宇宙に送り、トルコ建国100周年を記念して国際宇宙ステーションで7～10日間生活と作業を行う計画を立てている。

実際、これは驚くべきことではありません。結局のところ、国際宇宙ステーションに向かう米国、ロシア、ヨーロッパ、日本の公式乗組員はすでにスペースXの有人ドラゴン宇宙船に搭乗している。今後、民間航空宇宙企業は国家チームからの注文をさらに多く受けるようになると信じています。 (著者: Wen Xin、Li Xiang、Niu Ruoyu)