再利用可能ロケットと極超音速旅行：宇宙イノベーションの次なる時代

再利用の革命

Since the first satellites were put into orbit with Sputnik in 1957, to the 1969 Moon landing, the 1971 first space station, and the 2001 first space tourist, all access to space was done with one-use rockets.

ソース: Daily Sabah

単回使用ロケットには、軌道に到達する際の材料への応力や、再突入時の極端な熱による損傷回避の難しさ、着陸に伴うリスクなど、技術的に正当な理由がありました。しかし、経済的観点から見るとかなり無茶な話です。

もし、パリからニューヨークへ飛ぶたびに旅客機や貨物機全体が解体されてしまうと想像してください。航空旅行は極めて高価になり、極めて稀な状況に限定されてしまいます。宇宙飛行も同様に、極めて価値の高い商業・軍事衛星、費用のかかる科学プログラム、そして国家的プライドだけで正当化されるプロジェクトにしか利用できない状態でした。

この状況は、イーロン・マスク率いるSpaceX (SPCX ) によって、考えられなかったとされていた「信頼できる再利用ロケット」の実現により一変しました。

ロケットのごく一部だけを再整備すれば済むようになることで、軌道ロケット打ち上げ機のコストを数十回の打ち上げにわたって償却でき、総コストは史上最低レベルにまで低減します。

ソース: ARK Research

この成功は、他の多くの企業がSpaceXの手法を独自に調整しながら再現する道を開きました。また、中国とロシアが米国とその革新的企業に対抗して結束する新たな宇宙レースも再燃させました。

最終的には、真の宇宙ベースのグローバル経済への道が開かれ、月面基地や火星植民、そして無制限の軌道上太陽光発電が約束されます。

再利用ロケットの仕組み

ロケットを再利用可能にする理由は自明です。何度も再使用することで、打ち上げごと、あるいはキロあたりの軌道コストが大幅に低減します。ロケットをより安く、あるいは製造しやすくする他の要素ももちろん歓迎されます。

その実現方法は、現在の技術では正しく答えるのが不可能と長らく考えられてきた、やや難しい課題です。他社が独自の手法を持ち込む可能性はありますが、SpaceXの手法は実際に道を切り開き、再利用ロケットを実現させた数少ない重要なアイデアに依拠しています。

垂直統合

SpaceXが最初に下した重要な決断は、ロケット設計において事実上誰にも依存しないことでした。したがって、ロケット、燃料タンク、電子機器などを専門とする各社から技術を組み合わせる従来の方法ではなく、既製部品を購入して自社設計で組み立てるか、あるいはゼロから自社製造することにしました。

より複雑ではありますが、最終設計に対するコントロールが格段に向上し、改善点や潜在的な問題点を深く理解できるようになりました。

この結果、経済的な計算式から多くの中間業者が排除され、マージンが拡大しました。

「宇宙グレード」の再考

長い間、宇宙企業はロケットに「宇宙グレード」部品のみを使用することに固執してきました。これはしばしば、少量生産しかできないカスタム設計部品を意味し、設計や製造における規模の経済を享受できませんでした。

その結果、従来ロケットのあらゆる部品が極端に高価でした。良い例として、SpaceXが独自にラジオシステムを構築し、価格を10〜20倍削減したことが挙げられます。

「エンジン、ロケット本体、カプセルに加えて、SpaceXは独自のマザーボードや回路、振動検知センサー、フライトコンピュータ、ソーラーパネルを設計しています。

自家製ラジオのコスト削減は劇的で、航空宇宙企業が使用する産業用機器の5万〜10万ドルが、SpaceXのユニットでは5千ドルにまで低減しました。

Ashlee Vance の新しい Elon Musk 伝記において

失敗を早く認め、さらに速く革新する

もう一つの変化は、失敗に対する非常に珍しい姿勢でした。従来の宇宙企業は極めて保守的で、重要な資金や評判を危険にさらさないようリスクを取ることを嫌っていました。

失うものが何もない状態で、SpaceXは時に壊滅的な失敗のリスクを伴いながらも、非常に迅速なテストと打ち上げスケジュールを維持できました。

このシリコンバレー由来の企業文化は、チーム内のイノベーションと創造性を促進し、官僚主義が少なく、たとえ給与が低くても、より多くを成し遂げたいというトップタレントを惹きつけました。

リスクを取る姿勢は、打ち上げ後のロケット再整備のターンアラウンド時間の短縮に結びつき、現在主力ロケットであるFalcon 9の平均再利用間隔は2024年に50日未満、最速記録はわずか14日となっています。

ソース: ARK Research

新技術の受容

失敗への寛容さから、新しい概念や技術の統合も生まれました。例えば、3DプリンティングはSpaceXが早期に採用した一方で、より確立された宇宙企業では何年ものテストと議論が必要だったでしょう。

ソース: Elon Musk

また、メタン燃焼エンジンを搭載したStarshipのように、月や火星で現地資源を利用した将来の給油に最適な燃料も選択されています。

基本に立ち返る

リスクの高い新技術に代わり、場合によっては基本に立ち返ることが正しい選択となります。例として、Starshipの本体はステンレス鋼で完全に構成されており、宇宙企業が通常選ぶ「高級」合金や炭素繊維は使用していません。

これは、ステンレス鋼の製造、はんだ付け、修理、保守がよく理解された技術であり、最終製品の信頼性向上につながると判断されたためです。

同様に、SpaceXは「多いほど良い」というシンプルな事実を受け入れています。史上最大のロケットであるStarshipは、単にサイズが大きいだけで、より安価に大量のペイロードを軌道へ運べます。そして、最も効果的な飛行方法は、複雑で強力なエンジンを設計しようとするのではなく、33基ものエンジンを同時に使用することです。

ソース: Space.com

自ら需要を創出する

宇宙旅行が非常に高価だったため、大量の連続打ち上げや大規模軌道ペイロードに対する大きな需要は存在しませんでした。これは、需要が十分でなければ規模の経済が働かないため、SpaceXにとって深刻な問題となり得ました。

解決策は、低軌道（LEO）衛星コンステレーション「Starlink」を構築し、独自の需要を創出することでした。Starlinkは、最も遠隔地でも高速インターネットを提供します。

打ち上げコストの低減とStarlink衛星の大量生産、さらにアンテナ・半導体・ソーラーパネルといった部品の軽量化・低価格化により、衛星帯域幅のコストは指数関数的に低下しています。

ソース: ARK Research

しかし、最終的には42,000衛星のコンステレーションを管理するために、より重く大きなStarshipが必要になります。衛星の軌道は徐々に減衰し、5年の寿命ごとに再打ち上げが必要になるからです。

平均すると、Starshipの打ち上げは2.3日ごとに1回必要となり、これは小型Falcon 9の現在の打ち上げ頻度と同程度の現実的な目標です。

ソース: ARK Research

現在、Starlinkは500万人のユーザーに向けて拡大中で、V3衛星設計により前バージョンの10倍の帯域幅を提供しています。

総合的に見ると、衛星通信の対象市場は1300億ドル規模に達する可能性があり、主にブロードバンドが届かない世帯やデバイス直結型接続が牽引しています。この技術は、Starlink と T‑Mobile が一般に提供したことで実現しました。

ソース: ARK Research

極超音速旅行の可能性

新たにゼロから創出できる市場として、軌道・サブ軌道高度に容易に到達できる極超音速旅行が挙げられます。

航空機は大気を利用して揚力を得ますが、同時に摩擦で減速し、最高速度と超音速飛行の効率が制限されます。

この課題は、例えばBoom Supersonicが最近テストしたように、地表で音速の衝撃波を発生させない超音速飛行や、Ram‑Rotor Detonation Engine（RRDE）のような新型ジェットエンジン設計により、マッハ5以上の速度での極超音速飛行が実現可能になるかもしれません。

別の選択肢としては、空気抵抗が事実上存在しない高度まで上昇して飛行する方法があります。

このシナリオでは、100〜200トンの軌道ペイロードを搭載できるStarship（低軌道飛行用にさらに多くのペイロードを搭載可能）が、比較的軽量な人間乗客の輸送に興味深い選択肢となります。

ポイント・ツー・ポイント軌道飛行

軌道に一度到達してから再着陸することで、Starship のようなロケットは、太平洋横断のような28時間の往復をわずか6時間に短縮でき、搭乗手続きや荷物検査にかかる時間が飛行時間より長くなる可能性があります。

Starship で LEO までのコストを最終的に200ドル/kg と見積もり、平均的な乗客＋荷物の質量を110kg とすると、地球上の任意の地点への往復旅行費用は44,000ドルとなります。

これは高額ですが、世界全体の航空便のごく一部を獲得できれば、経済的に成立する可能性があります。

例えば、ファーストクラス乗客のうち5%が極超音速飛行に切り替えるだけで350億ドル規模の市場が生まれます。もし半数が切り替えた場合も同様に350億ドル規模です。

ソース: ARK Research

同様の超高速飛行は、ペンタゴンが検討しているロケットカーゴ・プログラムを通じて、軍事・人道支援にも応用が検討されています。

投資機会

SpaceX

競合他社より10年先行しているプライベート上場企業SpaceXは、軌道打ち上げ市場を狙う企業の中で圧倒的存在感を示しています。

Falcon 1 から Falcon 9、そして現在のStarship に至るまで、SpaceX は宇宙産業の可能性を押し広げ、ボーイングなどの既存競合を尻目にしています。

同社の野望は、利用可能な最大ロケットに注力することであり、Falcon 1 は事実上廃止され、Starship が信頼性を証明すれば Falcon 9 も同様の運命になるという噂があります。

これは、Starship が「Mechazilla」着陸塔による数回の空中捕獲に成功したことから、比較的近い将来に実現しそうです。

しかし、最近のStarship 第2段の爆発により「急速かつ予期せぬ分解」が起きたことなど、解決すべき課題は残っています。問題解決を目指したテストが1か月後に再度実施されました。

長期的には、SpaceX の最終目標は地球軌道だけでなく、アルテミス計画の月面基地建設への貢献、さらには火星への初着陸を目指す民間ミッションです。これはマスク氏の人生最大の目標でもあります。

軌道上給油が必要な深宇宙ミッションやStarlink コンステレーションの構築に注力することで、数年から10年にわたりSpaceX の打ち上げ能力が大部分占有され、他の打ち上げ事業者の余地が生まれる可能性があります。

Rocket Lab

公開上場ロケット企業の中で最も注目されるRocket Lab (RKLB ) は、SpaceX に次ぐ打ち上げ回数で中国やロシアをも上回っています。

同社は現在、SpaceX の Falcon 1 に相当する小型・部分再利用ロケット「Electron」に依存しており、迅速な打ち上げと希少な軌道経路に特化しています。

来年には、SpaceX の Falcon 9 に相当する新型大型ロケット「Neutron」の打ち上げを予定しています。

ソース: Erik Engheim

同社は同時に HASTE（Hypersonic Accelerator Suborbital Test Electron）を開発中で、700kg の大ペイロードをサブ軌道へ運び、米国が中国・ロシアの極超音速ミサイル技術に追いつくための新設計テストを支援します。

ソース: Rocket Lab

Rocket Lab は衛星および衛星部品の製造も手掛けており、通信衛星以外の「エンドツーエンド」宇宙企業として初めての存在です（SpaceX が王冠を主張できる領域）。このため、防衛請負業者や科学・通信企業にとって重要なパートナーとなっています。

ソース: Rocket Lab

Rocket Lab は2022年に SolAero Technologies を買収し、宇宙用ソーラーパネル製造でも重要な役割を果たしています。現在、同社はこのパネルで動く1000機以上の衛星を保有し、今後数年で500機以上の衛星打ち上げを予定しており、総計4MW相当のソーラーパネルを製造しています。

衛星事業は同社に多額のキャッシュフローをもたらし、打ち上げ契約の有力なパイプラインともなっています。

長期的には、Neutron ロケットが十分な契約を獲得し、規模の経済を達成できるかどうかが、SpaceX と正面から競合できるかの鍵となります。

Blue Origin

もう一つのテックビリオネアのペットプロジェクトであるBlue Origin は、Amazon (AMZN ) 創業者 Jeff Bezos によって設立されました。はるかに大きな資金を有しながら、開発面ではSpaceX にやや遅れを取っています。

これは技術選択の違いだけでなく、最終目標とエンジニアリングへのアプローチが大きく異なることが重要です。

SpaceX が「壊して速く進む」哲学を持つのに対し、Blue Origin（およびAmazon）は「ゆっくり確実に」進む姿勢を示し、ラテン語のモットー「Gradatim Ferociter」（直訳すると「一歩ずつ、激しく」）に表れています。

このため、両社の比較は「ウサギとカメ」の物語を思い起こさせます。Blue Origin は社章にカメを掲げるなど、比較を積極的に受け入れています。

ソース: Ars Technica

2025年1月に実施された待望のNew Glenn 成功飛行により、同社は初の軌道打ち上げに挑戦し、壮大な形でレースに復帰しました。この成功は、CEO がAmazon 出身の Dave Limp に交代し、前任の Honeywell 出身 Bob Smith から交代したことが背景にあります。

New Glenn は、Falcon Heavy よりも大きく、Starship に次ぐ規模の巨大ロケットです。

ソース: Technology.org

New Glenn は45トンのペイロードを軌道へ投入でき、初の軌道打ち上げとしては非常に大きな容量を誇ります。Blue Origin は完全に垂直統合されており、現在ブースターと第2段の生産を拡大中です。

将来的なプロジェクトとしては、月面ランダーの開発があり、Mark 1 は2026年頃の打ち上げが見込まれ、Mark 2 はその2倍の規模で準備が進んでいます。

最後に、Blue Origin の最終目標は月や火星ではなく、重工業や汚染産業を地球から移転させ、さらには世界人口の大部分を巨大な人工居住施設へと移すという独自のビジョンです。

ソース: Blue Origin

課題とリスク

安全性

宇宙打ち上げ機はその性質上危険であり、重量の90%以上を非常に反応性が高く不安定な燃料が占め、高温・高速で推進に使用されます。

したがって、再利用技術自体はすでに実証済みであるものの、数週間程度の短期間でのオーバーホール中に機械的応力や隠れた致命的故障を見逃すリスクは依然として残ります。

これは衛星ではすでに問題となっていますが、宇宙飛行士にとっては許容範囲が低く、商業乗客を乗せた定期的な極超音速飛行では全く受け入れられません。

ロケットが大きくなるほど、地上施設や人口へのリスクも増大します。

総じて、私たちの未来は確実に宇宙へ向かっていますが、SpaceX が期待以上に早く実現したとしても、安全性や規制が月や火星へのチケット予約をやや遅らせる可能性があります。

政府契約

これまで、SpaceX をはじめとする多くの宇宙企業は、NASA ミッションや極秘のペンタゴン契約、欧州・ロシア・中国の宇宙機関の国家的・科学的・産業政策といった政府契約に強く依存してきました。

真に独立した産業になるためには、宇宙企業が収益の大半を商業活動から得る必要があります。

現在、業界の進展を支える数千億ドル規模の年間収入を提供し得る最有力セクターは、宇宙ベースのインターネットと極超音速飛行です。

商業化と投資戦略

2040年代までに商業化が見込まれるもう一つの候補は、宇宙ベースの太陽光発電です。これは地球に無制限のクリーンエネルギーを常時供給できる可能性があり、当サイトの「宇宙ベースのエネルギーソリューション：無限のクリーンエネルギー」で詳細に取り上げました。

それ以前に、宇宙観光が独立した産業になる可能性があります。無重力体験や数日間の軌道滞在は高い価値があり、エベレスト登頂といった「極限ラグジュアリー冒険」と競合するでしょう。

最後の選択肢として、小惑星採掘が挙げられます。これはまだ未成熟技術ですが、2.2兆ドル規模の鉱業産業の大部分を代替できる可能性があります。ただし、これらのオプションは収益が顕在化するまでに10〜20年かかる見込みであり、多くの企業にとっては致命的なリスクとなります。

したがって、宇宙の商業化経路に関わらず、成功できるのはごく少数の主要プロバイダーに限られるでしょう。歴史的に見ても、1996年以降に設立された約200社のうち、稼働しているのはわずか17社です。

ソース: ARK Research

SpaceX や Blue Origin といった民間企業の既に強固な地位に加え、将来的に国家支援を受けた中国の新たな強力競合が登場する可能性があるため、投資家にとっては複雑な市場環境となります。

将来的には、居住モジュールや自律型ハイドロポニック農場を開発する企業など、宇宙ホテルや月面基地向けの事業が有望な投資対象となる可能性があります。

結論

軌道到達コストの急激な低下は宇宙産業を根本的に変革し、軌道到達自体から収益を上げる全く新しい方法を切り開いています。この変化により、産業は防衛・政府主導から商業主導へとシフトしています。

近い将来、通信事業が主要な収益源となり、次いで極超音速飛行と宇宙観光が続くでしょう。長期的には、エネルギーや鉱業、さらには製造業といったはるかに大規模な産業が宇宙へと移行する可能性があります。

現時点では、SpaceX がイーロン・マスクのリーダーシップの下でほぼ無争の新宇宙レースの勝者となっています。しかし、Rocket Lab や Blue Origin といった真剣な競合が追いつきつつあり、将来的には中国からの競争相手も出てくるでしょう。