宇宙インフラストラクチャー – 天への階段を築く

新たな宇宙時代

イーロン・マスクのSpaceXが信頼できる再利用ロケットを開発したことで、新たな宇宙競争が始まりました。これは、軌道到達コストをほぼ10分の1に削減し、さらに大型のStarshipによるさらなるコスト削減が期待されているためです。

出典: Ark Invest

この結果、2023年には、質量でも衛星数でも、軌道へ送られたものの圧倒的多数がSpaceXによって打ち上げられるという現状が生まれました。

Starshipは最終的に、打ち上げごとに低軌道（LEO）へ50〜200トンの物資を送ることができるようになる見込みです。これは大きな前進であり、人類史に新たなマイルストーンをもたらす可能性があります。その例として：

• 月面の恒久的基地。
• 火星への初の有人探査。

これらがすでに実現した世界がどのようになるか、そしてそれが自立した宇宙ベースの経済をどのように創出するかについて詳しく知りたい方は、当社の記事「The Future Space-Based Economy」および「The Future Martian Economy」をご覧ください。

Starlinkや類似の衛星コンステレーションは、すでに建設中の大規模な宇宙インフラです。これにより、地球上のどこでも高速インターネットへのアクセスが可能となり、SpaceXのように数百万の有料加入者を抱える企業にとって主要な収益源になると期待されています。

出典: Ark Invest

しかし、ロケットによる宇宙への打ち上げは、技術が基づく物理法則に最終的に制約されます。重要な点は、ロケットが離陸するために莫大な量の燃料を排出しなければならないことです。例えば、SpaceXのFalcon Heavyは22.2トンのロケット本体に対し、燃料を積むと総質量は433トンになります。つまり、結局のところ、燃料の大部分が他の燃料を持ち上げるために消費されているのです。

打ち上げコストを1kgあたり100ドル以下に抑えるためには、ロケットとは全く異なる手法が必要です。

地球の重力を脱出するコストが十分に下がれば、宇宙で多くのものを建設できるようになります。

偉大な成果にはインフラが必要

宇宙へ到達する手段をロケットだけに頼ることは、地上で航空機やヘリコプターだけで全ての輸送と貿易を行うことに似ています。技術的に不可能ではありませんが、港や道路、鉄道といったインフラを整備すればはるかに安価な代替手段が利用できるにも関わらず、極端に高コストになるでしょう。

宇宙に関しては、鶏卵問題のような側面があります。これまで、大規模インフラを構築する価値はなく、打ち上げ需要は数十機の衛星や数十名の宇宙飛行士を軌道に送る程度でした。

より優れた打ち上げシステムが利用可能になるにつれ、今後20年で宇宙での人類活動が大幅に拡大すると予想されます。その中には、以下のように非常に収益性が高い、または資金が豊富に投入されるものがあります：

• 月の裏側に電波望遠鏡を建設するなどの科学メガプロジェクト。
• 西側諸国、そして中国・ロシアによる月面基地。
• サブオービタル飛行、軌道上宇宙ステーション、または月面での宇宙観光。

これにより市場規模が十分に拡大し、SpaceXのようなロケット企業からシェアを奪取するだけで数百億ドル規模の投資が利益を生むようになるでしょう。

マスドライバー

マスドライバーと呼ばれるこのようなインフラは、打ち上げコストを大幅に削減できると期待されています。現在利用可能な技術で実現可能性が高いです。マスドライバーの核心は、地上で十分に加速させることで、搭載燃料を必要とせずにシャトルを軌道へ送ることです。

科学者やエンジニアは、真空中で動作するハイパーループに似た磁気浮上列車を作ることで実現できると考えています。これにより、レールや空気分子との摩擦がなくなり、打ち上げ機体の減速や加熱を防げます。

出典: Acepedia

中国はすでにこの技術の開発を検討しており、予想以上に近い可能性があります。

成功すれば、SpaceXがすでに大幅に下げた軌道打ち上げ価格をさらに10倍削減し、1kgあたり60ドル程度になると見積もられています。

余談ですが、このシステムはまず小型モデルで航空機を加速させ、極超音速スクラムジェットエンジンが作動できる速度に達することで、非常に高速な極超音速飛行を可能にすることが考えられます。

真のメガプロジェクト

もちろん、軌道マスドライバーは極端な速度に達し、数百から数千トンのペイロードを運搬・加速できるほど巨大かつ強力である必要があります。

打ち上げトラックは数百、場合によっては数千キロメートルの長さが必要で、最も有望な候補地はチベット高原です。

しかし、マスドライバーは提案されている宇宙インフラの中でも比較的野心が低く、主に資金と既存技術でのエンジニアリング能力に依存しています。

スペースエレベーター

エレベーターと同様に、カウンターバランスを利用して上下に物体を運ぶ方法もあります。この方法では、エネルギー消費はペイロードの重量を持ち上げるだけで、極端な速度は不要です。

スペースエレベーターは、数万キロメートルに及ぶテザーを用いて地球から質量を上下させる構想です。理論上、このシステムは現在の航空機利用コストよりも軌道到達を安価にできる可能性があります。

出典: ISEC

ここでの主な制約は市場需要や資本ではなく（それらも重要ですが）技術です。このように極めて長いケーブルには、鋼やチタンなどの一般的な材料をはるかに上回る引張強度を持つ超軽量素材が必要です。

グラフェンのような超素材が技術要件を満たす可能性があり、2次元材料として詳細に取り上げた記事「2D Materials, Like Graphene, Open New Frontiers In Material Sciences」でも議論しました。

しかしながら、高品質なグラフェン結晶の大量生産が必要で、これは未だ実現されていません。現在のグラフェン価格では、途方もなく高価です。

それでも、宇宙での持続的な人類活動、軌道産業、惑星間貿易にとって理想的なインフラであり、ジオシンクロナス軌道へ年間30,000トン、すなわち1日あたり数十回のStarship打ち上げに相当する輸送能力を持ちます。

この概念については、International Space Elevator Consortiumの1時間の動画で詳しく見ることができます。

軌道メガストラクチャー

もしスペースエレベーターを建設したり、月で小惑星資源を利用した大規模製造施設を設置できれば、さらに壮大なインフラを想像できます。

例えば、軌道リングは地球全体を取り巻く構造物を建設する構想です。

出典: Isaac Arthur

このようなシステムは遠心力が地球の重力を相殺することで軌道に留まり、宇宙居住施設、メンテナンスステーション、深宇宙ミッション用の打ち上げ拠点、電力生成（太陽光パネル）のアンカーポイント、さらには太陽シェードによる気候緩和も可能にします。

しかし、この概念は技術的・インフラ的に非常に野心的であり、少なくともマスドライバーとスペースエレベーターが先に実現されるまで達成は困難でしょう。

採掘ステーションとプロセッサー

小惑星から原料を採掘し、宇宙で鉱石を処理するという考えは、はるかに実現しやすく現実的です。

多くの小惑星は金属が豊富で、実際に太陽系の小惑星帯は約8%が金属リッチ（M型）小惑星です。全体で2.4×10¹⁸トンの質量があるため、膨大な金属資源があります。

出典: ESA – 太陽系で最も小惑星が集中している2つの領域：火星と木星の間の小惑星帯、そして木星の軌道を先行・追随するトロヤ群。

地球上では金やプラチナの採掘は2〜4kmの深さまでです。しかし、1つの小惑星、16 Psycheは直径200kmの金属塊で、現在の価格で10‑700 quintillionドル（10‑700 垓ドル）の価値があります。

したがって、宇宙採掘には以下の2つのタイプがあり、非常に収益性が高いと考えられます：

• 金やプラチナなどの希少資源を地球へ持ち帰る。
• 宇宙での宇宙船や宇宙ホテルなどの建設に使用できる基礎材料を、地球から持ち上げる高額コストを回避して供給する。

おそらく、小惑星採掘事業は、価値の高い鉱物を持つ小惑星を捕獲し地球近傍に持ち込むことで収益を上げ、採掘残渣（炭素鉄、ニッケル等）を宇宙ステーションや月面基地、ロケットなどの建設に利用します。

さらに、採掘装置を宇宙に配置すれば、無重量環境で小惑星を採掘でき、地球上で何千トンもの岩石を移動させるエネルギー集約的で危険な作業よりも容易になります。

太陽光コレクター

宇宙ベースの経済を牽引する可能性がある別の提案された宇宙産業は太陽エネルギーです。適切な軌道では、大気が光を吸収しないため、太陽は24時間365日、はるかに高い強度で照射します。

このようなシステムは、宇宙インフラを構築する動機（電力衛星のコスト削減）となり、さらなる進展（小惑星採掘精錬ステーションへの電力供給）を可能にします。

[caption id="attachment_257866" align="aligncenter" width="641"] 出典: Space Solar

（このアイデアは、当社の記事「Space‑Based Energy Solutions For Endless Clean Energy」でさらに詳しく検討しています）

レーザー帆推進装置

地球を離脱するにはロケットまたは高度なインフラが必要ですが、宇宙空間では重力井戸から離れた時点で必要なエネルギーはごくわずかです。実際、光だけで十分な推進力が得られます。

これはソーラーセイルの概念の物理的根拠であり、空想的なSF概念ではなく、NASAがすでにテスト中の実在技術です。

このような帆は太陽光だけでなくレーザーでも推進でき、燃料を燃焼させる代わりに、軌道上や月面に設置された太陽光衛星で供給されたエネルギーでレーザーを発射し、惑星間旅行を推進できる可能性があります。

地球外基地とコロニー

インフラについて議論する際、多くはスペースエレベーターのような“派手”で技術的に挑戦的なプロジェクトに焦点を当てがちです。

しかし、宇宙で永続的な居住地を構築する場合、科学者や観光客の宿泊施設から火星の繁栄する都市まで、さまざまなインフラが必要になります。

これには、ドーム型農場、屋内水耕・アクアポニック食料生産、通信、打ち上げ台、燃料製造・給油ステーションなどが含まれ、さらに、日常的だが同様に重要な発電所、送電線、病院、道路、給水管なども必要です。

アルドリンコンベヤー／サイクラー

月面の基地やコロニーは、地球から直接供給すれば「容易」になるでしょう。乗員や観光客の往復は数日以内の短時間で可能です。

しかし、火星など遠方への移動は、最短でも数週間、実際にはほぼ1年かかる可能性があります。これは原材料や装備にとっては物流がやや複雑になるだけで問題ありません。

乗客にとってははるかに問題です。地球の磁気圏外は強い放射線にさらされ、予測困難な太陽嵐が起これば、火星へ向かう乗客はさらに多くの放射線を浴びる可能性があります。したがって、火星への最初の大胆な冒険者を超えて、定期的な乗客輸送には非常に重くシールドされた船が必要です。

さらに、搭載型食料生産と高度な水リサイクルを導入すれば、輸送が必要な物資量を抑制できます（このテーマは当社の記事「Space Food – How Will We Feed Humanity’s Next Wave of Pioneers?」で詳しく議論しています）。

従来のロケットでも可能ですが、毎回シールド、生命維持装置、食料供給全体を加速・減速させるため、燃料が無駄になります。

代わりに、バズ・アルドリン（月面に降り立った2人目）提案のアルドリンサイクラー、またはMars Cyclerを恒常的に軌道に乗せ、地球と火星の近傍を定期的に通過させることが考えられます。

出典: Ethan MacDonald

この方式により、火星往復のための恒久的な宇宙ステーションを建設でき、重厚な放射線シールドと食料生産、さらに重力がなくても体調を維持できる快適で広々とした居住区やスポーツ施設を備えることができます。

出典: Buzz Aldrin

オニールシリンダーと小惑星コロニー

宇宙居住施設といえば、アルドリンサイクラーのような火星への途中停泊／ホテルよりも野心的な概念が検討されています。これはジェフ・ベゾスが推進している計画で、巨大な宇宙ステーション（オニールシリンダー）に1兆人が居住するというものです。

これらは回転により内部に人工重力を生み出す巨大シリンダーで、数十万から数百万の居住者を収容できる規模です。

出典: Blue Origin

これらは理想的な居住環境を提供するため、あるいは重く汚染の大きい産業を地球の生態系から移転させるために利用できます。

このようなインフラは、太陽系全体で無数の人々に事実上無制限の居住空間を提供し、自己持続型の小惑星として他の星への植民にも利用可能です。

しかし、このインフラは軌道リングよりもさらに遅い段階で実現すると考えられ、年間数兆トン規模の宇宙製造能力と、地球往復のほぼ無コスト輸送が必要です。

ダイソン球

投機的な宇宙インフラの最終段階として、ダイソン球（またはダイソンスウォーム）があります。

フリーマン・ダイソンが最初に提案したこの構想は、太陽系内のすべての岩石と金属を利用し、オニールシリンダーよりも大きな宇宙居住体のスウォームを構築し、各々が地球と同等の表面積を持つことで、太陽エネルギーを最大限に捕捉することです。

出典: Wikipedia

これは、文字通り惑星を解体してその物質と太陽エネルギーの利用を最適化するほど高度な技術は想像しがたく、あらゆる宇宙文明にとっての“エンドゲーム”と見なされています。

天文学者は、潜在的な地球外技術文明の兆候を探すために、これを“テクノシグネチャー”として熱心に研究しています。

これは明らかに議論の多いテーマですが、すでに約60星がこのプロファイルに合致するとされています。天文学者の間でも激しく議論されており、単に新種の星を見つけた可能性もあります。それでも、宇宙探査に関心のある人々にとっては興味深く、星に手を伸ばすことで人類がどこまで進めるかという新たな視点を提供します。

このページのSpacehabsでは、宇宙植民や本稿で議論したインフラに関する美しいコンセプトアートやミニチュアを多数見ることができます。

宇宙インフラへの投資

宇宙産業は再利用ロケットの普及により再生と爆発的成長を遂げており、当社の記事「Reusable Rockets To Create Multiple New Markets By Lowering Costs Drastically」で、このことがどのように新たな機会を創出するかを論じました。

現在の宇宙市場は4,430億ドルです。小惑星採掘や宇宙観光、極超音速飛行といった投機的だが潜在的に高収益な分野を除いても、これらはさらに3,500億ドルの収益をもたらす可能性があり、さらに衛星ベースのインターネットが170億ドル、軍事用途や補助金付き月面基地、科学プロジェクトなどが加わります。

多くのブローカーを通じて宇宙関連企業に投資でき、当サイトでは米国、カナダ、オーストラリア、英国、その他多数の国での最適ブローカーをご紹介しています。

特定の宇宙企業を選びたくない場合は、ARK Space Exploration & Innovation ETF（ARKX）やVanEck Space Innovators UCITS ETF（JEDI）などのETFに投資して、宇宙セクター全体の成長に乗ることもできます。

宇宙インフラ企業

1. Rocket Lab

Rocket Labは再利用ロケット市場における最有力候補の一つです。同社は当初、小型ロケットに注力し、Electron打ち上げシステム（ペイロード320kg）を段階的に部分再利用ロケットへと転換しています。これまでにElectronは44回の打ち上げで177機の衛星を投入しました。

今後、Rocket Labは中型再利用ロケット「Neutron」の開発を検討しており、完全再利用モードでLEOへ8,000kg、火星や金星へ1,500kgを運搬できるFalcon 9に匹敵します。Neutronはメタン燃焼エンジン（Starshipと同様）で推進され、次世代ロケットのトレンドとなりそうです。

同社は衛星製造を完全に垂直統合したプロセスで、コストと設計速度を最適化しています。その結果、NASAや米政府との複数の契約を獲得し、5億1,500万ドル規模の軍事衛星契約や、Globalstar向けの1億4,300万ドルの民間契約を得ました。

Rocket Labは2022年にSolAero Technologiesを買収し、衛星用太陽光パネルの主要メーカーとなりました。これらのパネルで1000機以上の衛星が電力供給され、総計4MWの太陽電池が製造されています。

出典: Rocket Lab

現在、打ち上げシステムは外部サプライヤーに依存していますが、一連の戦略的買収により、衛星設計・製造で実現した垂直統合を打ち上げシステムにも適用しようとしています。

同社は収益を継続的に得るための通信用LEOコンステレーションの構築も検討しており、Varda Space Industriesとの宇宙内製造研究や軌道デブリ検査にも貢献しています。

SpaceXがイーロン・マスクのビジネス才能で技術を一から開発したのに対し、Rocket Labは研究開発と買収の組み合わせで必要な技術を垂直統合しました。この手法は衛星製造で大成功を収め、現在は再利用ロケットにも同様の戦略を適用しようとしています。

衛星製造とElectronの成功による既存のキャッシュフローを考慮すると、Rocket Labは数十年以内にマスドライバーや他のインフラが構築されるまでの間、SpaceXに追いつく有力な候補です。

2. Virgin Galactic

同社はリチャード・ブランソンによって設立され、宇宙観光に注力しています。

チケットは25万〜45万ドルの価格帯で、長い待機リストがあります。

「自分の人生で最も驚異的な体験になるとずっと思っていました。人々もそうなると言ってくれましたが、実際に体験すると…想像していたものとは別次元で、言葉にするのがとても難しいです。」

「これは人生で最高の日、最も感動的な日でした。これ以上はありません。私の最も大胆な夢を超えていました。」

Virgin Galacticはユニットエコノミクスの改善に取り組んでおり、新しい打ち上げシステム「Delta」は4名から6名に乗客数を増やし、月8回のフライトを実現できるようになっています。

これら2つの改善により、ユニットあたりの収益は12倍に増加し、各Deltaシャトルの回収期間は6か月未満になる見込みです。Deltaの飛行テストは2025年中頃に予定されています。

出典: Virgin Galactic

ブランソンがVirgin Galacticへの追加投資を行わないと発表された際、市場は懸念しました。特に2024年に185人の従業員が解雇され、宇宙飛行が一時停止されたことは、Deltaシャトルの到着を待ち、資金消費速度を抑えるためでした。

それでもVirgin Galacticは2025年または2026年まで運営できるだけの資金があると予測されています。したがって、Deltaフライトシステムの開発が順調に進めば（航空宇宙産業ではリスクが高いですが）、同社はキャッシュフローの再開と成長に注力でき、2026年にキャッシュフローがプラス転換する見込みです。

出典: Virgin Galactic

（注：Virgin GalacticはVirgin Orbitとは異なります。Virgin Orbitは2023年4月に破産申請し、小型衛星向け打ち上げサービスを提供していましたが、Rocket Labが同社のロングビーチ施設、製造・工具資産を取得しました。）

Virgin Orbitの最近の破産と、創業者リチャード・ブランソンがVirgin Galacticから距離を置いたことが投資家の間で同社のイメージを損ない、2023年と2024年に株価が急落しました。

株式自体に対する注意が強く推奨されます。

同時に、既存顧客の満足度、収益性のある設計（Deltaシャトル）の明確な計画、そして潜在顧客の長い待機リストは、追加資金調達がなくても同社が依然として存続可能であることを示しています。

Deltaクラスのシャトルを十分に早く飛行させられる限りです。現在までにDelta製造工場は完成しており、2025年第1四半期に建設が開始される予定です。

Deltaシャトルの開発・製造・運用の成功と、2025年末までに実現できるかどうかが大きく左右します。

もし実現すれば、はるかに低い評価額が投資家に割安で株式を取得する機会を提供します。