ついに宇宙ゴミを捨てる時が来た

危険な宇宙ゴミを除去する解決策は、巨大な磁石を備えた小型冷蔵庫サイズの宇宙船、あるいは使用済みのロケットを捕らえるために触手の群れを送り出す軌道上の牽引装置などになるのだろうか？

すべてが順調に進めば、こうした計画は、地球を周回する金属ゴミの増大する塊を除去するための第一歩となるかもしれない。NASAの推計によると、地球を周回する廃棄ペイロード、ロケット本体、その他長さ10センチメートルを超えるデブリは少なくとも2万3000個あり、さらに1～10センチメートルの小さな物体が50万個ある。これらはすべて時速18,000マイル（約29,000キロメートル）以上で移動しており、大気圏に再突入して燃え尽きるまで数十年も空中に留まる可能性がある。軌道上では、商用通信衛星、科学衛星や気象衛星、そしてもちろん現在7人の宇宙飛行士が搭乗している国際宇宙ステーション（ISS）にも危険をもたらす。

2020年には、ピッツバーグ上空約550マイルの地点で、機能を停止した2つの衛星がわずか40フィートの差で衝突を免れた。また、2009年にはシベリア上空で、運用停止中のロシアの衛星とイリジウム通信衛星が衝突している。その結果、各国の宇宙機関や民間企業は、さらに悪いことが起きる前に宇宙物体の除去に備えつつある。NASA当局者は最近、民間衛星プロバイダー向けに衝突を回避する方法に関するハンドブックを発行し、今月はSpaceX社と、打ち上げおよび軌道操作中に両社が安全を最優先することを保証する契約を締結した。この契約は、一方の衛星がもう一方の打ち上げ場所や宇宙船の予定軌道上に駐機しないようにするためのもので、衝突してさらに多くのゴミを生成する可能性がある。SpaceNewsの最近の報道によると、国防総省は宇宙ゴミの除去のために民間企業にトン単位で支払う可能性もあるという。

3月22日、東京に拠点を置くスタートアップ企業アストロスケールは、日本の宇宙機関JAXAと協力し、磁気を利用した宇宙ゴミ回収装置「End of Life Services by Astroscale Demonstration（ELSA-d）」を打ち上げた。このプロジェクトは2機の宇宙船で構成されている。1機は磁石を搭載した、重さ386ポンド（約175kg）の小型冷蔵庫サイズのサービス衛星。もう1機は、ピザボックスを複数重ねたような形状で、円形の磁気プレートを備えた、重さ37ポンド（約16kg）の小型クライアント衛星だ。初飛行はデモンストレーションミッションで、大型衛星が小型衛星（練習用の標的）を追跡・捕捉できるかどうかをテストする。打ち上げ時には2機は接続されていたが、数ヶ月後にすべてのシステムの点検が完了したら、サービス衛星はクライアント衛星を独自の軌道に切り離す。地上のオペレーターは、大型衛星の磁石が小型衛星の磁気プレートに十分近づくように、2機をランデブー軌道に誘導する。

両方の物体が安定して移動している状態での接近が全て順調に進んだ場合、プロジェクトの第2段階では、小型衛星を回転軌道に送り込み、捕獲を困難にします。再び、大型衛星が磁石を使って小型衛星を見つけ、捕獲する必要があります。この作業はより困難であり、アストロスケールが宇宙空間を不規則に移動するデブリを捕獲できることを潜在顧客に証明することを目的としています。この第2段階の捕獲後、2機の宇宙船は共同軌道に入り、地球の大気圏で無害に燃え尽きます。

アストロスケールのシステムの将来バージョンは、特定の企業の運用停止中の衛星の除去や、民間企業や宇宙機関のミッションに支障をきたす可能性のある、特に混雑した宇宙空間の一帯の除去に利用される可能性があります。しかし、磁石を使って衛星同士を掴ませるアストロスケールのソリューションは、衛星運用者が同社の磁気プレートを将来の軌道衛星に取り付ける場合にのみ機能します。これは、宇宙船の牽引トラックにトレーラーヒッチを取り付けるようなものです。

「存在するデブリの量を減らすためには、今後打ち上げられる衛星をより容易に除去できるようにする必要があることを人々に認識してもらわなければなりません」と、同社の最高執行責任者で元NASA職員のクリス・ブラッカービー氏は語る。「衛星の打ち上げが増えるにつれて、衝突のリスクはますます高まっていくのです。」

ブラックビー氏によると、これまでのところ、衛星インターネットプロバイダーのワンウェブが、2021年10月に予定されているブロードバンドサービスの開始に先立ち、自社の衛星群に磁気プレートを使用することに同意した最初の企業だという。

宇宙空間で何かを捕捉するという技術的課題は膨大です。デモンストレーションでは、英国のアストロスケールのオペレーターが世界中に広がる16の地上局ネットワークを介して主衛星に指令を送りますが、小型のクライアント衛星は宇宙空間で回転するだけです。地上管制官は両方の物体の速度と方向を推定し、磁石とプレートを正確に接続する必要があります。さもないと衝突により2つが宇宙空間に投げ出され、問題を引き起こす可能性があります。

「このミッションのほとんどは前例のないものです」とブラックビー氏は言う。「アポロ計画の時代から、2つの物体が双方から制御を受けながら宇宙空間でドッキングする例はありました。しかし、通信や衛星回線を持たない物体で何かを行うのは、信じられないほど困難です。」

ELSA-dプロジェクトが成功すれば、アストロスケールのチームは2023年中に、使用済みの日本製ロケットの上段ブースターを回収する2回目のミッションの計画を開始する予定だとブラックビー氏は語る。ブラックビー氏によると、アストロスケールは、まだ設計段階のロボットアームなど、古い宇宙ゴミを除去するための他のアイデアにも取り組んでいるという。

2025年には、ヨーロッパのプロジェクトが同様のことを試みる。高速で移動する物体を、制御できない状態で掴むというものだ。欧州宇宙機関（ESA）は、スイスの新興企業 ClearSpace 社を、提案されている触手のようなシステムを使って ESA の Vega 宇宙船ブースターロケットの 8 フィートの円錐形の破片を巻き取るプロジェクトに選定した。この物体は打ち上げ時にのみ使用され、その後数年間は軌道上を漂っていた。ClearSpace 社の宇宙船が 4 本のロボットアームで Vega ロケットの破片を掴み、地球の軌道上に戻して、2 つの破片を炎上しながらもすぐに消滅させる計画だ。(仕組みを示したビデオはこちら) ClearSpace-1 ミッションは、すでに空中にある宇宙ゴミの破片を収集するソリューションになるかもしれない。掴み機構を展開すれば、磁気プレートを備えた衛星の回収だけに限定されないからだ。

ClearSpaceのCEO、リュック・ピゲ氏は、最も難しいのは、ターゲットの速度と方向を合わせ、ぶつからずに捕捉し、軌道を変えてしまうことだろうと述べている。「回転速度を測り、ターゲットに向かって進み、そして非協力的な物体とうまく連携して捕捉しなければなりません」とピゲ氏は語る。「これ以上デブリを増やすのは避けたいものです。」

OneWeb、SpaceXのStarlink、AST & Scienceの5Gネットワーク、Telesatのブロードバンドサービスといった新たな商用プロバイダーが今後数ヶ月で数百基もの新しい衛星を打ち上げるにつれ、宇宙から危険なデブリを除去する作業は増加するだろう。ピゲ氏によると、軌道高度によって混雑度は異なり、最も大きな渋滞は南極と北極の上空で発生する。そこでは、稼働中の衛星が古い宇宙ゴミの軌道と交差するからだ。「すべての交通が交差するのは極地です」とピゲ氏は言う。「そして、赤道付近の低高度よりも、物体同士が交差する数の方がはるかに多いのです」

アストロスケールとクリアスペースがデブリ除去を目指す一方で、老朽化した衛星を危険から遠ざける技術の開発に取り組んでいる企業もある。NASAとノースロップ・グラマンは、既存の衛星の整備計画に取り組んでいる。NASAの整備ミッションでは、政府所有の衛星に穴を開け、ヒドラジン燃料を補充する予定だと、2025年に打ち上げ予定のOSAM-1整備ミッションのプロジェクトマネージャー、ブレント・ロバートソン氏は述べている。衛星に燃料が補充されると、地上から制御され、厄介なデブリから離れた軌道に移動できるようになる。これにより、軌道上で機能停止に陥るのではなく、衛星の耐用年数を延ばすことができる。

ロバートソン氏は、今回の燃料補給ミッションから得られた教訓は将来役立つだろうと述べています。「人類が低地球軌道を超えるためには、燃料補給が可能で持続可能な宇宙船が必要です」とロバートソン氏は言います。「このミッションによって、軌道上で宇宙船に燃料補給できることを実証しています。」

WIREDのその他の素晴らしい記事

📩 テクノロジー、科学などの最新情報: ニュースレターを購読しましょう!
少年、彼の脳、そして数十年にわたる医学論争
トレッドミルデスクのおかげで在宅勤務が楽になった
運河を太陽光パネルで覆うことがなぜエネルギー源となるのか
LastPassからパスワードをエクスポートする方法
OOO: 助けて！新しい仕事もダメだったらどうしよう？
👁️ 新しいデータベースで、これまでにないAIを探索しましょう
🎮 WIRED Games: 最新のヒントやレビューなどを入手
🏃🏽‍♀️ 健康になるための最高のツールをお探しですか？ギアチームが選んだ最高のフィットネストラッカー、ランニングギア（シューズとソックスを含む）、最高のヘッドフォンをご覧ください