まるで弾丸「宇宙ゴミ」を除去せよ

 スペースデブリ(space debris)とは、宇宙ゴミのこと。なんらかの意味がある活動を行うことなく地球の衛星軌 道上〔低・中・高軌道〕を周回している人工物体のことである。宇宙開発に伴ってその数は年々増え続け、対策が必要となっている。

 旧ソ連がスプートニク1号を打ち上げて以来、世界各国で4,000回を超える打ち上げが行われ、その数倍にも及ぶデブリが発生してきた。多くは大気圏へ再突入し燃え尽きたが、現在もなお4,500トンを越えるものが残されている。

 これらスペースデブリの総数は増加の一途を辿っているうえ、それぞれ異なる軌道を周回しているため、回収及び制御が難しい状態である。これらが活動中の人工衛星や有人宇宙船、国際宇宙ステーション(ISS)などに衝突すれば、設備が破壊されたり乗員の生命に危険が及ぶ恐れがあるため、国際問題となっている。



 現にニアミスや微小デブリとの衝突などは頻繁に起こっており、1996年にスペースシャトル・エンデバーのミッション(STS-72)で若田光一宇宙飛行士が回収した日本の宇宙実験室(SFU)には、微細なものを含めると500箇所近い衝突痕が確認された。

 スペースデブリは、地表から300~450kmの低軌道では秒速で7~8km/s、36,000kmの静止軌道では秒速3km/sと非常に高速で移動している。さらに軌道傾斜角によっては相対的に秒速10km/s以上で衝突する場合もありえる。運動エネルギーは速度の2乗に比例するため、スペースデブリの破壊力はすさまじく、直径が10cmほどあれば宇宙船は完全に破壊されてしまう。数cmでも致命的な損傷は免れない。さらに数mmのものであっても場合によっては宇宙船の任務遂行能力を奪う。5~10mmのデブリと衝突するのは弾丸を撃ち込まれるに等しい。


 「宇宙ごみ」の落下実験開始

 宇宙航空研究開発機構(JAXA)は1月28日夜、国際宇宙ステーション(ISS)への無人物資補給機「こうのとり」6号機を「宇宙ごみ」に見立て、7日間の除去実証実験を始める。地球の磁場と電流を利用して大気圏に落とすための手順がうまくいくか確かめる。

 想定では、宇宙ごみに「テザー」と呼ばれる金属製のひもを取り付けて電気を流すと地球の磁場との作用でブレーキとなる力が発生。すると、地球の引力で高度が下がっていき、大気圏で空気との摩擦で燃える。

 この「テザー」は2004年からJAXAと広島の漁網会社が共同で開発したもの。網状のアルミ製ワイヤーでできている。10年かけて2014年についに完成した。

 この「テザー」を大きめのデブリに長さ数キロの取り付けて磁場を発生させ、1年ほどかけて移動速度を下げることで地球に落とすという方法だ。大半のデブリは大気圏での摩擦熱で燃え尽きるとみられ、最もコストのかからない除去方法と考えられている。ワイヤの強度確保のため、幅10センチほどの網型にすることにした。

 JAXAは1月28日未明、地上約400キロを飛ぶISSから6号機を分離した。同日午後10時ごろから、あらかじめ収納している約700メートルのテザーがきちんと伸びるか、実際に電気が流れるか試す。うまくいけば、今後はテザーを宇宙ごみに取り付ける衛星を開発し、2025年ごろの実用化を目指す。

 6号機は昨年12月に鹿児島県の種子島宇宙センターから打ち上げられ、ISSに食料や電池などを運んだ。実験終了後は、通常通り大気圏に突入して燃え尽きる。


 宇宙ごみ、電流使い除去実験 減速させ落下目指す

 国際宇宙ステーションなどに衝突して被害を及ぼす宇宙ごみを取り除く実験を、宇宙航空研究開発機構(JAXA)が今秋にも宇宙で実施する。宇宙ごみに見立てた物体に長い電線を通じて電流を流し、減速させて落下を図る。将来は大気圏に突入させて燃え尽きさせる構想だ。

 一定の大きさの宇宙ごみは米軍が監視しているが、有効な除去方法は見つかっていない。実験が成功すれば、宇宙ごみに近づいて電線をぶら下げるだけで除去が期待できる。有人活動や気象観測に対する脅威を、簡便で低コストに減らす道が開けそうだ。

 JAXAによると、鹿児島県の種子島宇宙センターで打ち上げ準備を進める無人補給機「こうのとり」6号機に実験装置を搭載した。

  打ち上げられた補給機は高度400キロのステーションに生活物資を運んだ後、380キロに降下。宇宙ごみを模擬した重さ20キロの円筒形の装置「エンドマス」に長さ700メートルの電線を取り付け、宇宙空間に放出して電流を流す。電線は細い金属製のひもを何本も編み込んだ構造で、JAXAと広島県の漁網メーカーが共同開発した。

 磁場の中で電流が流れると物体が動く性質を利用。フレミング左手の法則でお馴染みの方法だ。地球を取り巻く磁場の中で、エンドマスに進行方向とは逆向きの力が働いて、落下につながるかどうかを検証する。

 今回は実際の宇宙ごみを対象としないが、宇宙ごみに電線をぶら下げただけでも自然に電流が流れ、同様の力が働くと考えられるという。実験終了後、補給機は電線を切り離して大気圏に突入して燃え尽きる。

 寿命が切れた人工衛星やロケットの残骸などの宇宙ごみは地球の周回軌道上を秒速7キロの高速で飛び、小さな破片でも船外活動中の飛行士や衛星に衝突すれば致命的となる。将来は、宇宙ごみ除去用の小型衛星をH2AやH2Bロケットに相乗りさせ、小型衛星を宇宙ごみに近づけて電線を取り付ける方法が検討されている。


 「宇宙ゴミ」増加の一途 宇宙利用の脅威に

 宇宙ごみは人工衛星の打ち上げとともに増加の一途をたどる。実用衛星に衝突したり、国際宇宙ステーションが軌道を変更したりした例があり、宇宙利用への脅威となっている。

 昨年、ステーションに5カ月間滞在した油井亀美也さんは「滞在中、衝突を避けるためステーションの軌道を3回変更した。結構、頻繁だった」と明かす。軌道変更中は科学実験ができなくなり、計画が大きくずれ込む。飛行士は衝突に備え、開いた穴をふさぐ訓練を重ねる。

 JAXAによると、宇宙ごみが人工衛星に衝突した実例は、2007年の欧州気象衛星の破損、利用を終えたロシアの軍事衛星が米国の民間通信衛星イリジウムに衝突した2009年の事故などがある。この事故では、衛星がばらばらになり、10センチ以上の大きさの宇宙ごみが2000個以上発生した。

 中国は2007年に、使わなくなった気象衛星をミサイルで破壊する実験を実施。宇宙ごみが大量に発生し、国際的な非難を浴びた。宇宙ごみはロシア、米国、中国由来が9割を占め、日本のものは1%程度という。

 宇宙に打ち上げられた後、役割を終えたり故障したりした人工衛星や、ロケットの部品、爆発した衛星の破片など、地球周辺の軌道を回る無用な物体。「スペースデブリ」とも呼ばれる。10センチ以上のごみは約2万個あり、米戦略軍統合宇宙運用センターなどが地上からレーダーで監視している。5〜9年に1度、宇宙ごみ同士が衝突して破片が急増するとの試算もある。ロボットアームでつかんだり、網に絡めたりして大気圏に落として燃え尽きさせるなどの対策が検討されている。


参考 NHK news: 宇宙輸送船こうのとり「宇宙ゴミ」除去の実験へ


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