中国はなぜ独自の宇宙ステーションが必要なのか？

2022年7月24日14時22分、中国の天宮宇宙ステーションの第一実験モジュール「文天」が文昌宇宙発射センターから無事に打ち上げられ、所定の軌道に正確に入り、コアモジュール「天河」とのランデブー・ドッキングミッションを完了しようとしている。

画像提供：新華社

中国の宇宙計画「文天」打ち上げを理解するには、7 つの重要な質問が役立ちます。

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なぜ実験モジュールを起動するのですか?

中国の有人宇宙計画は1992年の開始以来30年間運用されており、現在では独立打ち上げロケット、有人宇宙船、貨物宇宙船、宇宙飛行士、宇宙ステーションなど複数のシステムを有し、複数の分野でエンジニアリング能力が0から1へと大きく進歩しました。

新段階の目標は、宇宙飛行士が長期滞在できる宇宙ステーションプラットフォームを構築し、より大規模な宇宙応用を実施し、経済・社会の発展のための先進的な宇宙技術プラットフォームを提供することです。

言い換えれば、私たちは以前木を植え、今はその木陰を楽しんでいるのです。これまで築き上げてきた有人宇宙工学の技術力の基盤を、さまざまなハイテク航空宇宙技術に「換金」し、あらゆる方面の科学技術の発展にフィードバックする必要がある。このプロセスは、宇宙での複雑な宇宙科学実験を通じて完了する必要があります。

宇宙科学実験の会場は天宮に必要な実験室です。

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なぜ「空に尋ねる」と「空を夢見る」なのでしょうか？

宇宙には、長期にわたる安定した無重力環境や宇宙放射線環境など、地球上で再現することが難しい特殊な環境があります。また、地球の大気や磁場の影響を受けにくいため、天体観測にも適しています。例えば、液滴は地球上では実現が難しいほぼ完全な球体を簡単に形成することができ、この特徴を利用して新しい材料の実験を行うことができます。

すべてのテストキャビネットは、実験とメンテナンスを容易にするためにモジュール方式で設計されています。

画像出典：中国有人宇宙飛行、中国科学院

中国は宇宙環境の特性を最大限に活用するため、天宮宇宙ステーションに25台の科学実験キャビネットを設置する予定だ。 2つの主要な実験室も一定の分業体制を敷き、それぞれ宇宙生命科学と微小重力科学の研究に特化します。

宇宙放射線や宇宙環境に関する実験は、外部実験プラットフォームを通じて行われます。将来的には、宇宙望遠鏡も宇宙ステーションと同じ軌道を飛行し、天文観測を行う予定だ。

「文天」と「夢天」は宇宙ステーションの2つの実験モジュールの名前です。 「長征」「神州」「天州」「天河」「天宮」などの文字と合わせて、有人宇宙飛行の独特のロマンチックな雰囲気を醸し出しています。

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なぜ「ウェンティアン」が最初に発売されたのでしょうか？

主な理由は、「ウェンティアン」実験キャビンが非常に特別であることです。これは宇宙生命科学に焦点を当てた実験モジュールであると同時に、もう一つの「コアモジュール」でもあります。

「Wentian」は「Tianhe」コアモジュールのバックアップとして考えることができます。宇宙ステーションを一元的に管理・制御する機能を持ち、宇宙飛行士の生命維持システムも備えています。今後 2 回の宇宙飛行士交代期間中、合計 6 人の宇宙飛行士が天宮宇宙ステーションに留まり、2 つの主要モジュールにそれぞれ 3 人の宇宙飛行士の仕事と生活が収容されることになります。

巨大な「文天」実験室（写真提供：中国航天科技集団）

同時に、宇宙飛行士の船外活動の任務も引き継ぐことになる。天河コアモジュールのノードモジュールは、複数のモジュールとドッキングした後、長期間の加圧状態を維持する必要があり、船外活動を行うことが困難であるため、その機能は文天エアロックに置き換えられました。

さらに、実験キャビンには小型ロボットアームも付属しています。既存の主ロボットアームよりも小型でありながら、端末の位置決め精度や姿勢精度が高く、複雑な船外活動も容易に行えます。

そのため、複数のパートタイム機能を使用するには、まず「Wentian」を起動する必要があります。

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誰が空に尋ねるでしょうか？

「文天」はまさに巨大ロケットだ。重さは20トン、長さは17.9メートルで、「天河」のコアモジュールよりも長い。これは、人類の有人宇宙飛行の歴史全体において、単一モジュールの長さの新記録を樹立するものである。そうなると、立ち上げの難しさが想像できます。

長征5号基本モデルと長征5号Bモデルの比較（出典：Memorian-QN）

中国の長征5号Bロケットで打ち上げられる予定。

高さ57メートルの「大太鼓」である長征5号ロケットと比較すると、約53.7メートルの「小太鼓」である。長さ約11.5メートルのコア第2段を取り除いた典型的な「1.5段（コア第1段＋ブースター）」構成だが、ロケット打ち上げ時に宇宙船を保護するため、より大きく長いフェアリングを使用している。新しいフェアリングは長さ20.5メートル、直径5.2メートルで、天宮宇宙ステーションの巨大なモジュールを保護するのに十分な大きさです。

長征5号Bロケットは、重くて大きな積荷を低軌道に輸送するための「強力な武器」であり、天宮宇宙ステーションの建設における「最大の貢献者」でもある。

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「空に訊け」を引き継ぐのは誰だ？

「ウェンティアン」の打ち上げ後、我が国は人類が滞在する中で初めて宇宙ステーションとのランデブーとドッキングを達成することになります。

現在、陳東、劉洋、蔡旭哲の3人の宇宙飛行士がすでに天宮で「文天」を迎えている。彼らが参加した神舟14号ミッションは、我が国の有人宇宙飛行の歴史においても画期的なミッションでした。一方で、天宮宇宙ステーションの主要な建設を完了する必要があります。一方、乗組員は全員新世代（第2陣）の宇宙飛行士で構成されており、これも歴史上初めてのことです。

蔡雪哲、陳東、劉洋（写真提供：中国有人宇宙飛行）

このような重要な任務は完全に「新参者」によって遂行され、彼らが中国の航空宇宙産業の責任を完全に引き受けたことを示している。我が国の宇宙科学研究がさらに深まるにつれ、同国の第3期宇宙飛行士も訓練中であり、その中には研究を専門とする「ペイロード専門家」もいる。

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「空に尋ねる」はどこにつながっていますか？

「文天」は20トンの巨体であり、飛行方向にある「天河」コアモジュールのノードモジュールとドッキングする必要がある。最も包括的かつ信頼性の高いさまざまなランデブーおよびドッキング支援システムを備えています。数日前、ここにドッキングしていた天舟3号貨物宇宙船は無事に退役し、最終的に天宮から脱出して大気圏で燃え尽きた。

ドッキングを確認した後、ウェンティアンはこの貴重なドッキング位置を長時間占有することはできません。結局のところ、将来的には「夢天」実験モジュール、貨物、有人宇宙船がここにドッキングされることになる。ロボットアームの助けを借りて90度回転させると、全体の形状が「直線状」から「L字型」に変わります。プロセス全体における信頼性と安定性の要件は想像できます。

天宮宇宙ステーションの最終形態（画像提供：中国有人宇宙飛行）

今年中の「夢天」の訪問後、天宮宇宙ステーション用に設計された「T字型」構造が完成し、正式に使用されることになる。将来的には、ノードモジュールをベースに新たなコアモジュールや実験モジュールを拡張し、数百トンの重量があるより大きな宇宙ステーションを建設することが可能になります。

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「ウェンティアン」のドッキング後はどうなりますか？

ドッキングと操縦後の最初の作業は、生命維持システムを起動し、宇宙飛行士を実験室に移動することである。さまざまな科学実験キャビネットを組み立て、複数の分野で予備実験を開始し、実験キャビンの全体的な動作状態が期待どおりであることを確認します。

生命生態学、バイオテクノロジー、可変重力科学の研究が行える実験室を備えています。宇宙環境下における各種植物、動物、微生物等の成長、発育、遺伝、老化等の反応メカニズムの研究を支援し、中国の生命生態学、バイオテクノロジー、可変重力科学における重大な最先端科学の躍進を効果的に促進することができる。

神舟14号のミッション中、 3人の宇宙飛行士はここから2～3回の船外活動を実施し、船外活動を完了する予定です。新しいバージョンの天宮教室も、真新しい「文天」実験小屋で​​実施されます。同時に、この衛星は、今後の神舟15号ミッションのための天宮の2番目の「寝室」も提供することになる。

新しい天宮クラスは、真新しい実験室で開催されます（画像提供：CCTV）

全体として、「文天」実験モジュールの打ち上げは、中国の有人宇宙計画が宇宙科学実験と技術探究の新たな段階に正式に入ったことを示すものである。真新しい国家宇宙研究所が建設されようとしており、中国は宇宙時代への道をさらに一歩前進させました。

この記事は、中国科学普及協会が制作し、中国科学普及博覧会が監修し、スペースクラフトビールが執筆したものです。