これらの50個の物体を軌道から外せば、宇宙ゴミの危険性は半減するだろう

低軌道上にある最も懸念される宇宙ゴミ50個の新たなリストには、四半世紀以上前の残骸、主に任務を終え宇宙を猛スピードで飛び続けるまま放置された使用済みのロケットが大部分を占めている。

「2000年以前に残されたものが、依然として問題の大部分を占めています」と、シドニーで開催された国際宇宙会議で金曜日に発表された論文の筆頭著者であるダレン・マックナイト氏は述べた。「上位50位の物体のうち76%は前世紀に堆積したもので、88%はロケットの胴体です。特に現在、いくつかの不穏な傾向が見られることを考えると、これは注目すべき点です。」

マックナイト氏と共著者らが特定した50個の物体は、他のデブリとの衝突を通じて低軌道（LEO）におけるさらなる宇宙ゴミの生成を促進する可能性が最も高い物体です。これらの物体は、地球から700～1,000キロメートル（435～621マイル）上空のLEOの中でも交通量の多い領域を、秒速約8キロメートル（5マイル）の速さで周回しています。

軌道速度で中程度の大きさの物体と衝突しただけでも、無数の破片が生成され、連鎖的な追加衝突を引き起こし、LEO をさらに多くの宇宙ゴミで詰まらせる可能性がある。このシナリオは「ケスラー症候群」と呼ばれる。

軌道情報企業レオラボのシニアテクニカルフェローであるマックナイト氏は、論文発表前にArsの取材に応じた。論文では、分析担当者らが物体が他の宇宙交通とどれだけ近いか、高度、そして質量を考慮している。高高度にある大型のデブリは、数世紀あるいはそれ以上軌道上に残るデブリを多く生み出す可能性があるため、長期的なリスクは高くなる。

マクナイトのトップ50にランクインした物体はロシアとソ連が34個でトップを占め、次いで中国が10個、アメリカが3個、ヨーロッパが2個、日本が1個となっている。ロシアのSL-16ロケットとSL-8ロケットは最も多く、合わせてトップ50のうち30個を占めている。トップ10は以下の通り。

1. 2004年に打ち上げられたロシアのSL-16ロケット
2. ヨーロッパのEnvisat衛星は2002年に打ち上げられた
3. 1996年に打ち上げられた日本のH-IIロケット
4. 2013年に打ち上げられた中国のCZ-2Cロケット
5. 1985年に打ち上げられたソ連のSL-8ロケット
6. 1988年に打ち上げられたソ連のSL-16ロケット
7. ロシアのコスモス2237号衛星は1993年に打ち上げられた。
8. ロシアのコスモス2334号衛星は1996年に打ち上げられた。
9. 1988年に打ち上げられたソ連のSL-16ロケット
10. 2019年に打ち上げられた中国のCZ-2Dロケット

金曜日に発表されたリストは、マクナイト氏が2020年に執筆した論文の最新版です。今年のリストはさらに一歩進んで、最も危険な物体の一部または全てが除去された場合のデブリリスクへの全体的な影響を分析しています。マクナイト氏によると、50個全ての物体を回収するミッションを送れば、低軌道におけるデブリ発生の可能性は50%減少します。また、上位10個だけを除去した場合、リスクは30%削減されます。

憂慮すべき傾向

「悪いニュースは、2024年1月1日以降、低軌道に放置され、今後25年以上軌道上に留まるロケット本体が26機あることだ」とマックナイト氏はArsに語った。

25年という識別基準が重要なのは、米国、中国、ロシア、欧州、インド、そして日本といった主要な宇宙大国の代表者を含む国際機関間宇宙デブリ調整委員会（IASC）が公表したガイドラインだからです。宇宙ゴミが軌道の十分低い高度に残された場合、空気抵抗によって25年以内に大気圏に再突入します。

米国と欧州の政府は、打ち上げ企業に対し、使用済みの上段ロケットを25年以内に自然大気圏に再突入できる高度まで降ろすか、ロケット自体を軌道から外すことを義務付ける政策を定めている。例えば、スペースXはファルコン9ロケットの上段ロケットを定期的に軌道から外しており、通常は無人海域の上空で大気圏に再突入させている。この政策は、低軌道よりも高い高度に衛星を打ち上げるミッションには適用されない。

一方、中国は軌道上で上段ロケットを頻繁に放棄している。中国は過去21ヶ月間に、26基の危険な新型ロケット本体のうち21基を打ち上げた。それぞれの重量は平均4トン（8,800ポンド）以上だった。さらに2基は米国、1基はロシア、1基はインド、1基はイランから打ち上げられた。

中国が低軌道に数千基の通信衛星を搭載した2つのメガコンステレーション（国望衛星と千帆衛星）の展開を強化しているため、この傾向は今後も続く可能性が高い。これらの衛星群の打ち上げは昨年開始された。国望衛星と千帆衛星は比較的小型で、宇宙ゴミを回避できる可能性が高いが、中国は具体的な能力を明らかにしていない。

しかし、国望衛星と千帆衛星の打ち上げに使用されたロケットのほとんどは、上段を軌道上に残したままになっている。マックナイト氏は、国望衛星と千帆衛星の打ち上げ後に中国が放棄した9つの上段は、25年以上も軌道上に留まり、国際ガイドラインに違反すると述べた。

中国の2つの主要なメガコンステレーションを完全に満たすには、数百基のロケットが必要になるだろう。これほど多くの新たな宇宙ゴミが発生する可能性は懸念される、とマックナイト氏は述べた。

「今後数年間、同じ傾向が続けば、これらの衛星群の配備を継続した場合、25年ルールをはるかに超えて100基以上のロケットが廃棄されることになるだろう」と彼は述べた。「つまり、この傾向は良くない」

ミッション終了時に上段ロケットを軌道離脱させない技術的および実用的な理由があります。中国の旧型ロケットの中には、宇宙空間でエンジンを再点火する能力がないため、ペイロード展開後にロケットが宙に浮いた状態になってしまうものがあります。たとえ再始動可能な上段エンジンを搭載してロケットが飛行したとしても、打ち上げ事業者は軌道離脱のための燃料を十分に確保しておかなければなりません。これはロケットのペイロード容量を圧迫し、搭載できる衛星の数を減らすことになります。

「中国にはロケット本体を残さない能力があることは分かっています」とマックナイト氏は述べた。一例として、長征5号ロケットが挙げられます。このロケットは、国望衛星群を3回打ち上げました。これらのミッションでは、長征5号はYZ-2と呼ばれる上段ロケットを搭載していました。これは、ミッション終了時に自ら軌道を離脱する高耐久性の操縦装置です。他の種類のロケットを使った打ち上げでは、状況はそれほど良くありません。

「他のロケットは必ずロケット本体を残します」とマックナイト氏は述べた。「つまり、持続可能な方法で運用する能力はありますが、平均的にはそうではありません。」

マックナイト氏によると、2000年以降、中国は長寿命軌道上に廃棄ロケットを蓄積しており、その量は世界の他の国々の合計を上回っている。「しかし、これらの衛星群の展開が進むにつれ、この2年間でその量はむしろ加速していると言えるでしょう。」

中国は「国王」と「千帆」衛星群を優先的に運用している。これらのネットワークは、SpaceXの「スターリンク」ブロードバンド衛星群に類似している可能性が高いが、特に「国王」計画には軍事目的があるという証拠もいくつかある。

「急いで移動しようとするあまり、長期的な衝突の危険性が増している」とマックナイト氏は述べた。

中国国家宇宙機関の卞志剛副長官は月曜日、国際宇宙会議（IACSC）で講演した。宇宙環境の適切な管理に対する中国の取り組みについて問われた卞氏は、この分野、特にメガコンステレーションにおいて「非常に深刻な課題」があることを認めた。ロケットを軌道上に残すことに関する中国の問題については言及しなかった。

ビアン氏は、中国が軌道上の宇宙ゴミを除去する方法を「現在研究中」だと述べた。中国が宇宙ゴミ軽減技術の試験だと主張するミッションの一つは、軌道上の複数の宇宙船とドッキングしているが、米国当局はこれを軍事的脅威とみなしている。宇宙ゴミ除去に必要な基本技術、すなわちランデブー・ドッキングシステム、ロボットアーム、そして搭載自動化技術は、敵対国の衛星への捕捉にも利用できる可能性がある。

銀の裏地

マックナイト氏と共著者（米国、英国、イタリア、日本、ロシア）は、最も危険な物体のいくつかがリストから外れた場合、宇宙デブリの脅威がどのように変化するかを評価するために、さらに努力を重ねました。マックナイト氏は、その結果は有望だと述べています。

「10個の物体を取り除けば、30%の削減になります」とマックナイト氏は述べた。「これは目に見える変化です。これまで、デブリの積極的除去を正当化する上で、この点が欠けていたと思います。」

能動的なデブリ除去は、なかなか実現が難しい課題です。技術的には実現可能ではあるものの、複数のミッションで実証されているように、誰が費用を負担するのかという問題があります。宇宙デブリ除去サービスには、果たして現実的な市場が存在するのでしょうか？欧州宇宙機関（ESA）と日本の宇宙機関（JAXA）は、デブリ除去プロジェクトに少額の資金を投入しています。日本の企業アストロスケールが主導するこれらのプロジェクトの一つは、昨年、使用済みの日本のロケットとドッキングして大気圏に再突入させるという将来の試みに向けた実証実験に成功しました。

アストロスケールは、低軌道上の宇宙ゴミの除去を目的として2013年に設立されました。しかし、こうしたミッションの市場規模が限られていることを認識し、同社は衛星の整備と燃料補給技術の追求にも事業を転換しました。

「10～20個の物体を除去することで、デブリ発生の可能性とケスラー症候群の発症リスクに目に見える形で影響を与えることができます」とマックナイト氏は述べた。「残念なことに、この2年間で新たに26個の物体が追加されたのです。」

このストーリーはもともと Ars Technica に掲載されました。