宇宙
月と火星へ – 新たな宇宙レースのマッピング
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宇宙レース 2.0
人類初の宇宙探査は、冷戦期における米国とソビエト連邦の大国争いの中で行われました。不幸なことに、我々の種族の最大の業績の一つは、対立と戦争の脅威がなければ前進できなかったようです。
アポロ11号の月着陸とソビエト連邦の崩壊の後、宇宙への衝動はやや薄れました。何十年もの間、月に人が足を踏み入れることはありませんでした。
しかし新たな宇宙レースが熱を帯びており、第一のレースと同様に、米国と新興超大国である中国との競争が燃料となっています。ロシアは、ソ連の後継者として、中国と協力する姿勢を見せています。
最近の宇宙探査の進展について議論する際、私たちは短期的なもの、例えば数日前のSpaceXによる印象的な着陸に焦点を当てがちです。
あるいは非常に長期的な視点、例えば地球規模の宇宙ベース経済やそこに到達するために必要なインフラストラクチャ、さらに地球へ無限のクリーンエネルギーを供給することです。
直近の1〜2十年での計画や、西側以外の公共機関や民間企業の計画はあまり議論されません。
宇宙ステーション
国際宇宙ステーション
2001年にロシアの宇宙ステーション「ミール」が終了した後、軌道上に残っていたのはISS（国際宇宙ステーション）だけでした。
出典: NASA
1998年に開始されたこの老朽化した装置は、維持がますます困難になり、故障しやすくなっています。その結果、最遅でも2030年までに退役する見込みです。
2024年夏、NASAはSpaceXが米国のデオービットビークルの開発・提供に選ばれたことを発表しました。
中国の天宮
ISSに最近加わったのが、中国の天宮（天上の宮殿）宇宙ステーションで、建設は2021年に開始されました。
出典: Wikipedia
中国は、2011年の米国法であるウルフ修正条項に従い、米国、欧州、または日本と宇宙探査（特にISS）で協力することを禁じられたことを受けて、独自のステーションを建設することを決定しました。
現在では広く悪策と見なされており、それが中国に独自の打ち上げ能力と宇宙ステーション建設能力の開発を促しました。天宮は現在、非中国人宇宙飛行士にも開放されており、まずはロシアのパートナーが利用すると見られています。ロシアは中国の宇宙進展を加速させる上で重要な役割を果たしました。
中国は今後数年でステーションを3モジュールから6モジュールに倍増させる計画です。これにより質量は180メトルトンとなり、ISSの450トンの約40％に相当します。
出典: Wikipedia
オンライン上の議論では、天宮の内部設計がISSに比べてより合理的であることに焦点が当てられていますが、天宮ははるかに新しいIT技術とミールやISS建設の経験を活かしているため、やや不公平かもしれません。
出典: Reddit
天宮は、中国の宇宙飛行士（taikonaut）に経験を提供し、ロシアがcosmonautと呼んだように、科学ミッションの遂行に利用されます。
また、天宮はHubbleに似た宇宙望遠鏡「循天」（「天の調査」）のサービスも行います。この望遠鏡はステーションの軌道を共有し、天宮による修理・保守・将来のアップグレードが提供されます。
「循天望遠鏡は、我が国の宇宙ステーション計画開始以来、最も重要な科学プロジェクトです。中国の天文学コミュニティが熱望していた科学施設であり、国家レベルのハイテク天文学を代表する施設です。
Hubbleは羊を見るかもしれませんが、CSSTは何千もの対象を同じ解像度で観測します。
周建平 – 中国有人宇宙計画のチーフデザイナー」
ロシアのステーション
ミール終了以降、ロシアはISS計画の重要なパートナーであり、ソ連崩壊後の予算制限が厳しい新時代と国際関係の改善を反映しています。
ウクライナ戦争がこの計画に大きく影響しており、2024年にISS計画から撤退し、独自の4モジュール宇宙ステーションを建設する計画を発表しました。最初のモジュールは2025年までに打ち上げられ、主要4モジュールは2030年までに、残り2モジュールは2033年までに接続される予定です。
出典: Payload
この野心的な計画は、モスクワが中国の独立したパートナーとして宇宙探査において自立し続ける意向を示しています。しかし、ウクライナ戦争が続くかロシア経済が低迷すれば、予算制約に苦しむ可能性があります。また、最近テストされた重ロケットAngara A5の成功にも大きく依存します。
私たちを月へ飛ばす
宇宙ステーションに加えて、月は新たな宇宙レースの主要関心事であり、NASAとその国際パートナー、そしてロシアと中国は永続的に有人基地を建設する計画を立てています。
これは、月が惑星間植民の第一歩として非常に魅力的であるいくつかの重要なポイントによります。
近接性
月に最初の宇宙基地を開発する第一の論拠は、地球から比較的近いことです。予想に反して、これがロケット打ち上げ回数や必要エネルギーを大幅に減らすわけではありません。一度軌道に入れば、太陽系内のすべてはエネルギー的に「近い」ものとなります。
しかし、これははるかに短い旅程であり、以下のような複数の利点があります：
- 移動時間が短くなることで、放射線被曝が減少し、輸送宇宙船の重いシールドが不要になります。
- 緊急時に追加物資を持ち込んだり、病気や負傷した宇宙飛行士を避難させることが迅速に行えます。
- 通信遅延がほぼなく（1.25秒）、ほぼ瞬時の通信、リアルタイムの会話、遠隔操作システムへの支援が可能です。
重力
月の重力は地球の1/6です。これは大きくはありませんが、宇宙ステーションでの微小重力による健康への悪影響を軽減する可能性があります。長期的に低いがゼロではない重力が人体に与える影響を理解するための金鉱のような情報源となり得ます。これは、将来的に火星に定住する際に重要なデータです。
また、製造から保守、日常生活まで、すべてが容易になります。物体は落下し、液体や食べ物が浮遊しません。
金属質レゴリス
多くの人は月面が白い粉状の岩石でできていると想像しますが、実際には特に上部15メートル（約16ヤード）は隕石衝突による細かい研磨性の粉塵、レゴリスで覆われています。
このレゴリスは主に酸素（43％）とケイ素（20.1％）で構成され、さらに多くの金属を含みます：鉄12.5％、アルミニウム7.4％、マグネシウム6.1％、チタン1.8％。つまり、表面から直接採取すれば、月面基地の大型ハビタットや太陽光パネルを建設するために必要なすべての金属を得ることができます。
地球に電力を供給する太陽光パネルや、火星への大量輸送用大型宇宙船を建造するために必要な金属以上を供給できる可能性もあります。
また、現地資源を利用して比較的容易に精錬・加工することも可能です。詳細は、Astrumチャンネルの優れた（長い）動画をご覧ください。
https://payloadspace.com/russia-approves-new-space-station-designs-as-it-seeks-to-maintain-human-presence-in-leo/
無気圧
月は無気圧であるため、数十億人が居住することはほぼ不可能です。しかし、いくつかの大きな利点があります。
第一の利点は、ハード真空下でレゴリス金属をガス化して精錬できることです。これは1,000°C未満の温度で可能で、太陽集光器で容易に達成できます。
もう一つの利点は、低重力と無気圧を組み合わせることで、月面からの離脱が地球よりもはるかに容易になることです。地球では、質量ドライバー（軌道上で高速に宇宙船を投射する装置）はまだSFの領域ですが、適切な予算があれば明日でも月で構築できるでしょう。
現地の資源が豊富であることと合わせると、宇宙探査に必要な大部分の資材を月で採掘・製造する方が理にかなっていることが示唆されます。
NASAの月計画
NASAの月計画はアルテミス計画でカバーされており、アルテミスIからアルテミスIVまで、永続的な月面基地の建設と、月軌道上の宇宙ステーション「Lunar Gateway」の構築が含まれます。
出典: NASA
計画では、毎年1回のミッションを実施し、毎回4名の宇宙飛行士を派遣します。そのうち2名は軌道上、2名は月面に滞在します。
遅延の蓄積
アルテミス計画で繰り返し問題となっているのは、予定スケジュールの遅延です。2020年には、アルテミスIIとIIIがすでに2024年に実施されると期待されていました。
主要な問題はSLS（Space Launch System）で、ボーイング、Aerojet Rocketdyne （L3Harrisの一部）、ロッキード・マーティン、ノースロップ・グラマンといった大手防衛・航空宇宙請負業者が開発しています。SLSの総開発費は1000億ドル、1日あたり1200万ドルに膨らんでおり、テスト中に複数回の失敗を経験しています。再利用不可能なロケットであるため、月ミッションの予算も大幅に増加します。
月面着陸船、すなわちHuman Landing System（HLS）も遅延しており、2028年までに完成する確率は70％と評価されています。一方、ロッキード・マーティンのアルテミスローバーチームはLeidosに置き換えられました。
人類が月に再び帰還する最も近い期限は2026年で、月面ハビタット（Foundation HabitatとMobile Habitat）は2032年までに打ち上げられる予定です。
全体として、繰り返される遅延と巨額のコスト超過はNASAの評判に影響を与え、多くの宇宙ファンはアルテミスが実際にいつ実現するのか絶望的に感じています。
ロシアと中国の月計画
2021年、中国はロシアと共同で月面基地を建設し、主にアジアとアフリカの多数の国々と協力する計画を発表しました。
出典: Wikipedia
これは、中国宇宙機関の嫦娥6号探査機が月の裏側から初めて月岩サンプルを持ち帰ったという最近の大成功に続くものです。
2026年に予定されている嫦娥7号ミッションは、将来の月面基地の候補地として選ばれた南極を調査します。
嫦娥8号は2028年に打ち上げられ、月資源を利用した現地製造の実験を行います。
公的計画はアルテミス計画ほど詳細ではありませんが、いくつかのことは分かっています：
- 3つのフェーズに分かれ、開発中の超重量ロケットから5回のミッションが必要です。
- 第一フェーズは科学測定と現地資源の調査に専念します。
- 第二フェーズは基本的な支援要素を構築し、遠隔での最初の有人着陸を行います。
- 第三フェーズはおそらく2045年頃に実施され、より多くの宇宙飛行士を受け入れ、施設を拡張できる実際の基地を建設します。
- 各嫦娥ミッションを利用して、南極への着陸や探査、現地資源の利用方法など、必要な技術モジュールを一つずつ開発していく構想です。
- 中国は、ロケット技術、特に再利用性の進展に依存して、ステーション建設を支援することが明らかです。
出典: Techeblog
中国国営メディア（中国語）のこの動画で、計画中の月面基地の最初のレンダリングを見ることもできます：
https://spacenews.com/nasa-assessment-suggests-potential-additional-delays-for-artemis-3-lunar-lander/
核エネルギー
ロシアがこの計画に大きく貢献できるのは、特に小型化された原子炉に関する核エネルギーの専門知識です。最大1MW（1,000kW）に達することが期待されています。
これはインドとの協力でも実現できるかもしれません。インドは2023年の月面ロボットミッション「チャンドラヤーン3」により、月面での活動を達成した第5の国となる野心的な月面国家です。
月の夜は14日続き、太陽光だけに頼る大規模な居住には重要な課題となります。
NASAも核エネルギーの利用を計画していますが、はるかに小規模で、ロールス・ロイスの50〜100kWマイクロ原子炉を使用します。
月面経済圏
中国は、純粋な科学探査ではなく、経済開発に焦点を当てた非常に野心的な宇宙探査と月面植民計画を持っています。
特に、地球-月間の宇宙経済圏を設立し、2050年頃までに年間「総生産額が10兆米ドル以上」になるロードマップを策定しています。
月面マスドライバー
この計画が極めて遠大に聞こえるのは、実際にそうだからです。
中国のプランナーや研究者が想定する数兆ドル規模の地球-月経済には、ヘリウム3が含まれる可能性があります。この超希少元素は、中性子放出なしで核融合を容易にするかもしれません。
「たった20トンのヘリウム3で中国の年間電力需要を満たすことができます。地球には約0.5トンしかありませんが、月の土壌は推定で100万トン含まれており、世界のエネルギー需要を千年以上賄えるとされています。
月の土壌には、世界を千年以上支えるだけのヘリウム3が十分にあります」
出典: SCMP
これらの資源を持ち帰るために、中国は実質的に非常に大きな回転ハンマーのように機能するマスドライバーを使用する計画です。これは、SpinLaunch社が構想する地上発射システムと非常に似ています。
しかし、SpinLaunchにとって真空を作り安全に破る必要があることは大きな課題ですが、無気圧の月ではこの問題はありません。重力が地球の1/6であるため、より容易です。
出典: SpinLaunch
マスドライバーは月からの打ち上げ資材を10倍削減できると期待されています。
同様の技術は、太陽光発電衛星や火星への大型貨物船の建造・充填に必要な大量資材にも利用可能です。
総じて、中国は月の探査と基地が最終的に自給自足できるビジョンを持っているようです。
火星
すべての関係者は、月面基地の多くを火星探査への踏み台と見なしています。しかし、NASAや中国・ロシアにとっては、これはかなり遠い目標です。
一方、イーロン・マスク率いるSpaceXは、最近テストされたStarshipの中間着陸捕獲に成功した後、来年に軌道上給油を実施しようとしています。これは、地球直近軌道を超える旅行、特に月や火星への旅に必要なステップです。
出典: Elon Musk
彼は、2028年までに火星への人類到達が可能になると予測しており、これはすべての公共宇宙機関の月計画と大きく対立しています。
これは有名な「エロン時間」の現れであり、実際に実現するには期限がやや短すぎます。
同時に、Starshipが期待通りに機能すれば、予算制約を除いて火星が手の届かないものと見なす理由はありません。問題は、火星で宇宙飛行士が滞在できる生存可能なハビタットを構築することにより、旅行自体よりもむしろ焦点が当たるでしょう。
SpaceXはNASAなしで宇宙探査を新たな拠点へと導くことを自らの使命とするのでしょうか？
ロケット
SpaceX
SpaceXの再利用可能ロケット技術における顕著な成果は、最近のStarshipの成功により、米国を競合他社より確実にリードさせました。
特に、これにより打ち上げコストが完全に崩壊し、他のほぼすべてのロケットが収益性を失い商業的に不可能となりました。その結果、NASAがSLSに固執し続けることへの批判が高まっています。
SpaceXがその優位性を保てれば、宇宙打ち上げ市場の圧倒的多数を獲得し、改訂されたアルテミス計画で月や火星への主要手段となり、SLSから離脱することになるでしょう。
中国のロケット
長征ロケット
中国の国家宇宙計画は長征ロケットシリーズに依存しており、開発中の超重量級長征9は、最終バージョンでLEOへ140トン、火星へ44トンのペイロードを持ち上げることが期待されています。
初の試験打ち上げは2030年に計画されており、第一段の再利用が期待され、2040年には完全再利用が実現する見込みです。
出典: Orbital Today
中国の民間企業
SpaceXに触発され、中国の起業家はMuskの成功を模倣し、官僚主義や公共調達のコスト増大を回避できる民間ロケット企業を構築しようとしています
