宇宙船は退役するとどこに行くのでしょうか?

最近、天舟3号貨物宇宙船は任務を終えた後、制御された状態で大気圏に再突入した。宇宙船の部品の大半は焼失し、少量の破片が南太平洋の指定海域に落下したため、天舟3号のミッションは成功裏に完了したと発表された。では、現在宇宙で運用されている宇宙船は退役後、どのように扱われるのでしょうか?

墜落前に天舟3号宇宙船から送られてきた最後の画像

「火葬」を再開すると多くのメリットがある

天舟3号宇宙船は大気圏に再突入し、燃え尽きた。これは宇宙船の退役の最も一般的な方法である。通信衛星、リモートセンシング衛星、気象衛星、有人宇宙船、貨物宇宙船、宇宙ステーションなど、低軌道上のさまざまな宇宙船は、退役後に大気圏に再突入して燃やす「火葬」方式を選択するのが一般的です。

再突入火葬とは、宇宙船の寿命の終わりに軌道高度を下げて大気圏に再突入するための受動的または能動的な軌道変更を指します。低軌道上の宇宙船は非常に高速で飛行し、大気圏に再突入する際に大気との激しい摩擦を経験するため、高温と高圧により再突入した宇宙船は破壊されてしまいます。そのため、ほとんどの部品は大気中で完全に燃え尽きてしまいます。

ほとんどの宇宙船の場合、地球に落下する可能性のある耐高温機器はごくわずかであるため、再突入火葬法は宇宙船の退役処分の問題を一挙に解決します。

宇宙船が大きすぎて重すぎる場合、完全に燃え尽きていない破片がまだたくさん残っている可能性があります。地球に高速で落下してくるこれらの「エイリアン」は、人々にとってまったく予期せぬ災害です。幸いなことに、制御されていない宇宙船の再突入の着陸地点はランダムであり、地球表面のほとんどの地域はまだ人口がまばらです。これまでのところ、宇宙船の再突入の残骸による死傷者は出ていない。

宇宙船が再突入して焼却された後に残骸が残る脅威を減らすためには、宇宙船が積極的かつ制御された状態で再突入し、無人地域に着陸することが最善です。地球上には、広大で人口がまばらなだけでなく、海路や空路もほとんどない地域が存在します。それは広大な南太平洋です。

南太平洋の真ん中にポイント・ネモと呼ばれる場所があります。最も近い大陸からは2,600キロメートル以上離れています。ポイント・ネモ周辺の空の海域がいかに広大であるかは想像に難くありません。我が国の天舟シリーズの貨物宇宙船のような制御された再突入宇宙船は、通常、南太平洋の無人海域で火葬されることを選択します。

2001年には、ロシアのミール宇宙ステーションも南太平洋上に再突入し、炎上した。将来的には、人類への脅威と危害を最小限に抑えるために、巨大な国際宇宙ステーションもこの地域で火葬される予定です。

衛星「天空葬」軌道は高い

再突入時の火葬は比較的クリーンなプロセスだが、宇宙船を廃止する唯一の方法ではない。中軌道・高軌道衛星の場合、推進システムの性能上の限界により、寿命が尽きた際に大気圏に再突入することは不可能です。彼らはたいてい「空に埋もれてしまう」のです。

空中葬の最も典型的な例は、静止軌道衛星です。 1997年、国際宇宙デブリ調整委員会は、静止軌道衛星をより適切に処理するための規制を策定し、衛星が寿命を迎える前に、各国に静止軌道から300キロメートル上空の墓場軌道に軌道をアップグレードすることを義務付けた。

衛星の空中埋葬により、貴重な静止軌道の位置が解放され、故障した衛星と正常な衛星の軌道衝突や故障した衛星の爆発の破片による衝撃が回避され、静止軌道衛星の正常な動作が確保されます。

周知のとおり、低軌道では高高度の大気抵抗の影響により、宇宙船の軌道高度は徐々に低下します。これは、天舟宇宙船が再突入して燃焼することを選択した根本的な理由でもあります。対照的に、高軌道では状況が異なります。同期軌道や高次の墓地軌道では、大気抵抗の影響は非常に小さくなり、地球の非球面や太陽、月の重力摂動が主流になります。重力の摂動により、軌道高度に周期的な変化が生じます。離心率が 0.003 未満の衛星の場合、軌道高度の偏差は通常 35 キロメートルを超えません。

太陽光の放射圧も障害を引き起こす可能性がありますが、これは衛星の反射係数、反射面積、質量に関係しています。地球の非球面、3つの天体、太陽の圧力の影響を考慮すると、300キロメートルの高度差は、退役後に墓場軌道に入る死んだ衛星が、数百年あるいはそれ以上の間、同期軌道衛星の正常な動作と操縦を妨げないことを保証するのに十分です。

つまり、衛星による空中埋葬は、実際にはより高い軌道高度の墓地軌道にゴミを送り込むことであり、宇宙での埋葬高度が高いことを除けば、ゴミを地上に埋めることと同じです。

空中埋葬は退役した宇宙船の問題を完全に解決する最善の方法ではないが、短期および中期的には衛星の正常な動作を妨げることはない。やはり、この宇宙墓地の高さは十分高いです。

浄化と活用が実現

地球の低軌道での制御された再突入による火葬であれ、高軌道同期静止軌道での空中埋葬であれ、これらはここ数十年で初めて利用可能になった方法です。 1957年に人類が宇宙に進出して以来、地球の軌道は長い間、さまざまな種類の放棄された宇宙船や軌道上の破片で満たされてきました。

低軌道にある放棄された宇宙船の中には、大気の抵抗により数十年または数百年後に再突入して燃え尽きる可能性が残っているものもありますが、高軌道にある放棄された宇宙船や破片は消滅する可能性が全くなく、稼働中の宇宙船は故障により退役し、積極的に軌道を調整することができない可能性があります。そのため、このような状況下で宇宙ゴミの積極的な除去技術が議題に上がり、宇宙船の廃止に向けた新たな道が開かれました。

現在、世界の主要宇宙大国は、宇宙ゴミや軌道上のデブリを積極的に除去するための技術の研究を積極的に進めています。欧州連合は、「クリーン・スペース・プロジェクト」の下、軌道上のデブリを積極的に除去する技術の開発と試験を積極的に推進している。

2018年、ESAは漁網、ナビゲーションシステム、銛、ドラッグセイルを含む4つのクリーン宇宙技術をテストするためのRemoveDEBRIS実験プラットフォームを立ち上げました。最初の3つのテストは成功しました。

日本も、HTV-6貨物宇宙船による金属ロープによる引き寄せと減速の試みや、民間企業アストロスケールによる模擬捕獲試験ELSA-dの成功など、軌道上のデブリ除去に積極的に取り組んでいる。現在、アストロスケールは英国宇宙庁から、2025年に退役した衛星を低軌道から除去する契約も受注している。

米国はまた、軌道上の破片を含む放棄された宇宙船の清掃に関してもさまざまなアイデアを提案している。米宇宙軍は軌道上のデブリを積極的に除去する技術に投資しているが、具体的な宇宙実験はまだ実施していない。

退役した宇宙船をゴミとして扱うことが、この問題を解決する一つの方法です。国防高等研究計画局も、退役した宇宙船を再利用し、廃棄物を宝物に変えるという別のアイデアを提案している。

米国防高等研究計画局のフェニックス・プロジェクトは、退役した宇宙船の利用を研究し、まだ機能している部品を再利用して新しい宇宙船を建造することを目指している。フェニックスプロジェクトの典型的なコンセプトは、静止軌道通信衛星の大型アンテナを再利用することです。このリサイクルの概念は遺体の寄付に相当し、宇宙船を廃止するユニークな方法とみなすことができます。