ロケットブースターなどの巨大宇宙ゴミの処理方法

心配させるつもりはありませんが、何かが月に衝突する軌道に乗っています。先月、この物体は2015年にアメリカ海洋大気庁（NOAA）の宇宙気象観測衛星を打ち上げるために打ち上げられたSpaceX社のファルコン9の第二段ロケットと誤認されました。しかし、地球近傍天体追跡ソフトウェアを開発するビル・グレイ氏は、この物体は中国の嫦娥5T-1月探査ミッションで残されたブースターである可能性が高いと投稿しました。グレイ氏は、この物体の放浪は3月4日に月の裏側に衝突することで終わると予測しています。

誰の目にも明らかなように、これは月に衝突する初の自由飛行宇宙ゴミとなるだろうが、被害はないと予想されている。一方で、これはより大きな問題の兆候でもある。過去数十年にわたり、地球や太陽の周回軌道上に放置されたまま放置されたブースターは数多く存在し、その巨大な残骸は、通信、ブロードバンド、GPSなど、私たちが依存する様々なサービスを提供する稼働中の宇宙船に衝突する危険性をはらんでいる。最近のニュース報道は、ロシアが11月に爆破させた放置衛星の破片のように、小さな破片の危険性に焦点を当てている。この破片はその後、国際宇宙ステーションに衝突しそうになった。しかし、事態は常に悪化する可能性がある。

「毎年、スクールバスほどの大きさの物体が100メートル以内に接近して衝突するケースが数件あります。もし実際に衝突すれば、最悪の衛星破壊実験よりも桁違いにひどい事態になるでしょう」と、コロラド州ブルームフィールドに拠点を置く超党派シンクタンク、セキュア・ワールド財団のプログラム企画ディレクター、ブライアン・ウィーデン氏は語る。

最も古い巨大な宇宙ゴミの塊は1959年にさかのぼる。これは米海軍の気象衛星打ち上げ後に残されたヴァンガードロケットの胴体で、米ソ宇宙開発競争初期の打ち上げの一つであり、初めて追跡された軌道物体の一つだった。その後、宇宙開発競争が活発化するにつれ、廃棄されたロケットの胴体が蓄積されていった。それも当然のことだ。それらは宇宙船を軌道上または大気圏外へ打ち上げるために必要な多段式ロケットの一部なのだ。上段ロケットブースターがその宇宙船を展開すると、しばしば軌道上または同様の軌道上に放置される。中には残留燃料が残っているものもあり、これも爆発の危険性がある。ウィードン氏によると、現在では数千もの使用済みブースターが軌道上に無秩序に漂っている可能性があるという。

そして、これらは地球低軌道にあるものだけの話です。宇宙のさらに遠く、たとえ作業スペースが広くても、同様の課題が存在します。「惑星間軌道に何かを打ち上げる場合や、深宇宙センサーなど、そのようなものを打ち上げる場合は必ずブースターが使われます。宇宙はあまりにも広大であるため、人々は宇宙について考えることがありません」と、カリフォルニア州サンタモニカに拠点を置く非営利研究機関、ランド研究所の宇宙事業イニシアチブ責任者、ブルース・マクリントック氏は述べています。

太陽を周回する軌道に初めて到達したブースターは1959年に到達しましたが、これは事故でした。ソ連の月探査ミッションでは宇宙船を月に打ち上げる予定でしたが、上段ロケットの不発により、目標をわずかに外れてしまったとマクリントック氏は言います。4年前、スペースXが宇宙服を着たマネキンを運転席に乗せた赤いテスラ・ロードスターを打ち上げた際も、やはり太陽の周回軌道に乗ったのです。

地球のより身近な場所、特に低軌道での衝突リスクに対処するため、宇宙の専門家たちは何年もの間、可能な解決策についてブレインストーミングを行ってきた。廃棄されたロケットの本体を爆破しても効果はない、なぜならそれでは追跡不能な小さな破片があちこちに飛び散るだけだから、とマクリントック氏は言う。しかし、少なくとも低段ロケットに関しては、ブースターにいくらかの燃料を蓄えておくことが考えられる。こうすることで、ペイロードを展開した後、ブースターをさらに上方に向け、衝突の可能性がほとんどない、地球から22,000マイル以上の上空にある比較的空の「墓場軌道」に移動できるようにするのだ。あるいは、より低い軌道にある宇宙船の場合は、ブースターを再び地球に向けることもできる。ブースターが十分に小さければ、大気圏に再突入した際に燃え尽きる。そうでなければ、南太平洋のように、ほとんどの陸地から離れた海域に安全に着水するように設計できるだろう。

十分な燃料があることが鍵となる。月面着陸に使用されたブースターが2015年のスペースX社製ロケットだと考えられていた当時、専門家は、残燃料がなく、高度が高すぎて地球に帰還できないため、事実上水面下で機能停止状態になっていただろうと指摘していた。（スペースX社の第2段ブースターは通常、地球に帰還するようには設計されていないが、同社は新型の第1段ロケットにおいて、地上または海上の無人機船に安全に着陸させ、再利用する技術を開発している。）

SpaceX社はコメント要請に応じなかった。

ヒューストンに拠点を置くナノラックス社がNASAのパートナーと共同で検討しているもう一つのアイデアは、廃棄されたロケット本体をミニ宇宙ステーションに改造するというものだ。「宇宙ステーションに打ち上げられるロケットの約半数は、大型の上段ロケットを何らかの軌道上に残します。もしこれらを再利用できれば、非常に費用対効果の高いものになるでしょう」と、同社の宇宙システム担当上級副社長、マーシャル・スミス氏は語る。

スミス氏らの計画が実現すれば、ロケット本体が貨物を放出してから10年ほどで、ナノラックスの宇宙船は直ちにブースターを軌道上の衛星への燃料補給基地へと改造し始めることができる。あるいは、無用なものを安全に保管するための十分なスペースを備えた、一種のデブリスクラップ置き場となる可能性もある。このコンセプト開発における同社の次のステップは、地上とは異なる方法で行われる可能性のある宇宙での溶接の実証だ。このイベントは今夏に予定されている。

アストロスケールやクリアスペースといった他の企業は、軌道上のゴミを回収・除去する技術の開発に取り組んでいます。「私たちは、未来の世代のために、宇宙の安全で持続可能な開発を実現するという全体的な目標を掲げて設立されました」と、デンバーにあるアストロスケールUS本社の先端システム担当ディレクター、キャロリン・ベル氏は語ります。彼女は、ロケットとそのペイロードがリサイクルや廃棄されることなく、宇宙空間に無期限に放置されるという、宇宙における「使い捨て思考」から脱却すべき時が来たと主張しています。

現在、同社は自社製の宇宙船を軌道上で試験している。これは「End-of-Life Services by Astroscale-demonstration」（ELSA-d）と呼ばれている。チームは今後数週間以内に、ELSA-dを40ポンド（約18kg）の模擬宇宙ゴミに接近させ、磁石を備えたアコーディオンアームを伸ばして固定する計画だ。ベル氏によると、将来のミッションでは、ターゲットにドッキングした後、宇宙船が宇宙ゴミを非常に低い軌道まで誘導し、最終的に大気圏で燃え尽きさせるという。今回の実証実験は、運用を停止した日本の宇宙機関（JAXA）の上段ロケットなど、より大きな宇宙ゴミに取り付ける、より高度なモデルの先駆けとなるものだ。

LeoLabsのシニアテクニカルフェロー、ダレン・マックナイト氏は、軌道上で危険なほど密集している数トンの放置されたロケット本体を懸念している。ますます混雑する地域では、衛星の移動はますます危険になるだろう。しかし、彼は小さな物体にも気を配っている。カリフォルニア州メンロパークに拠点を置く彼の会社は、レーダーシステムで宇宙ゴミを監視しているが、現在、国防総省も他の誰も、1〜10センチメートルの大きさの軌道上のデブリを追跡する能力を持っていない。これほど小さな破片との衝突で衛星が爆発することはないが、それでも衛星を破壊し、ミッションを終わらせるには十分な大きさだ。彼の会社は、その10センチメートルの閾値よりも小さい物体の検知に取り組んでいる。これが実現すれば、既に監視している多数のデブリにさらに数万個が追加されることになる。宇宙船が衝突を回避しようと努めなければならない物体が増えることになる。

地球と月の重力が作用する高軌道では、宇宙ゴミはより不規則な動きをする可能性があります。これは、旧型ブースターで見られる現象です。「地球と月の間の往来が増えるにつれて、宇宙ゴミは間違いなく、より一層注意を払うべき問題の一つになるでしょう。最も難しいのは、ゴミをどのように処分するかを考えることです。なぜなら、その力学は低軌道の場合とは大きく異なるからです」と、カリフォルニア州エルセグンドにある連邦政府出資の研究開発センター、エアロスペース・コーポレーションの航空宇宙技術フェロー、マーロン・ゾルゲ氏は言います。

さらなる月面ミッションが計画されており、それはより多くの宇宙船が月に向かうことを意味します。しかし、米国および国際的な宇宙ゴミ専門家は、低地球軌道上の宇宙ゴミの除去に関するガイドラインを策定していますが、月面やその周辺でのゴミの蓄積を防ぐものは何もないとソルゲ氏は言います。何も変わらなければ、物体は最終的に月面に残されたり、月に向かって引き寄せられたりして、月自体がゴミ捨て場と化してしまう可能性があります。こうした宇宙ゴミは、将来の月面基地、科学探査、あるいはニール・アームストロングとバズ・オルドリンが1969年に着陸した静かの基地のような史跡を脅かす可能性があります。「私たちはこれを主に地球軌道の問題として考えていますが、月の問題でもあります」とウィードン氏は言います。

2022年2月1日午後12時40分（東部標準時）更新：この記事は、現在のSpaceXの第2段ブースターのほとんどが地球に帰還するように設計されていないことを明確にするために更新されました。

2022年2月15日午前10時05分（東部標準時）更新：この記事は、このロケットがもはやSpaceXのFalcon 9第2段ブースターではないと考えられることを明確にするために修正されました。

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