私たちの頭上には、4,500トンもの崩れかけた宇宙ゴミが危なっかしくぶら下がっています。それがあなたや私に当たる確率はどれくらいでしょうか?

2024年12月30日の午後、世界中の人々が新年を喜び祝っていたとき、直径2.4メートル以上、重さ1トン以上のリング状の光る金属が空から落ちてきて、ケニアの辺鄙な村に直撃した。

村人たちはこの突然の「巨額の富」に驚愕した。目撃者によると、正体不明の物体は落下時にまばゆいばかりの赤い炎を発していたが、地面に着地した後温度が著しく下がり、外側全体が灰色に変わったという。住民たちは爆弾や宇宙人の訪問を恐れていた。しかし、ケニア宇宙庁の職員が現場に到着した後、その物体は宇宙ゴミ、つまり打ち上げロケットの分離リングであると最終的に判定された。

「このような物体は通常、地球の大気圏に再突入するか、海洋などの無人地域に落下すると燃え尽きるように設計されている。今回の墜落は孤立した事故だった。」この説明にもかかわらず、ケニア宇宙庁の職員は「私たち人類が低軌道に宇宙船を打ち上げ続けるにつれ、私たちの頭上の空は以前ほど安全ではなくなった」と認めざるを得なかった。

ケニアの村の住民、ロケット分離リングが空から落ちてきて驚く

「孤立した事件」の可能性はどれくらい小さいのでしょうか?

簡単に言えば、飛行中に落ちたロケットの部品をデブリと呼びます。ロケットの打ち上げ後数分以内に、脱出塔、ブースター、第1段ロケット、フェアリングなどの重要な部品が、それぞれの役割を果たした後、ロケットの飛行のさまざまな段階で分離して落下します。

一般的に、これらの破片は複数の部分に分かれ、一部は衛星とともに遠くの宇宙空間に上昇し、一部は大気圏に再突入して燃え尽きて地上に落下します。これらの破片は着陸後の状態が異なり、着陸時間もある程度異なります。

ロケットが打ち上げられる前に、エンジニアはロケットの軌道、発射地点の座標、理論上の衛星軌道要素の数などのパラメータに基づいて、ロケットの破片が着地する可能性のある地点を正確に予測します。残骸はあらかじめ決められた軌道に沿って地面に戻り、事前に計算された範囲内に落ちます。この範囲は通常、人口密集地域への脅威を回避するために、人口の少ない砂漠、山、または海で選択されます。さらに、ロケットの残骸は再突入時に大気圏との激しい摩擦を受け、その過程でほとんどの装置が燃え尽きてしまうだろう。したがって、ケニア宇宙庁が主張する「孤立した事件」は、まったく不合理というわけではない。

実際、1970年代以降、毎年約200機のロケットや衛星が落下しており、そのほとんどは大気圏で燃え尽き、宇宙船の部品が地上に落下するのも毎年わずか数機に過ぎないが、これまでに負傷事故は発生していない。

一部の科学者は、ロケットの破片に当たる確率は、隕石に当たる確率、道路を歩いているときに雷に打たれる確率、あるいは小惑星が地球に衝突する確率よりもはるかに低いはずだと分析している。インターネット上の関連データに基づく推計によると、流星群の期間中、1時間あたり約1,000〜20,000個の隕石が地球に落下し、一般人が200グラム以上の隕石に当たる確率は7億分の1です。比較すると、普通の人が一生のうちに雷に打たれる確率は 12,000 分の 1 です。このように比較すると、私たちはそのようなことを全く心配する必要はありません。

4,500トンのさまざまな宇宙ゴミが私たちの頭の端で揺れ動いている

頭上に浮かぶ宇宙ゴミ

そうは言っても、結局のところ、宇宙の砂粒でさえ、人の頭に落ちれば耐え難い災難となる可能性がある。同様の事態は2024年3月に発生しました。当時、国際宇宙ステーションの廃棄されたバッテリーパックが宇宙から落下しました。高温で燃えていたものの、金属製の円筒の破片が米国フロリダ州ネイプルズの住民の家に直撃し、２階を直撃した。これは宇宙からの落下物によって人命が失われる可能性に最も近づいた事例である。

近年、人類は宇宙ステーションの建設、宇宙船、ロケットや関連探査機の駐機、宇宙での活動や調査を行うさまざまな航空宇宙機器など、宇宙への進出を頻繁に行っています。発生する宇宙ゴミの量は4,500トン近くと非常に多い。

ロケットの残骸以外にも、低軌道上に浮遊する衛星や探査機、宇宙船の残骸など、宇宙ゴミが増え続けています。宇宙空間を飛行しているにもかかわらず、最終的には地球の大気圏に落ちてしまいます。これは避けられないことだ。これは、低軌道にはまだ空気が薄く、これらの宇宙船や宇宙ゴミが飛行中に必然的に空気抵抗を受けることを意味するためです。空気抵抗や地球の重力など、さまざまな要因の影響により、これらの宇宙船や宇宙ゴミの飛行速度は徐々に低下します。飛行速度がさらに低下すると、飛行軌道の高度も低下し、最終的には大気圏に突入します。

これらの宇宙ゴミや宇宙船が地球の大気圏に落下すると、非常に速い落下速度と強力な空力加熱効果により、温度が1000℃以上に急激に上昇します。通常の材料はこのような高温に耐えられず、すぐに燃え尽きてしまいますが、一部の耐高温材料は完全に燃え尽きることができず、剥がれ落ちてしまいます。

人類は今も宇宙船を打ち上げており、低軌道上にはますます多くの宇宙船と宇宙ゴミが存在することになるでしょう。しかし、科学者たちはこの一連の問題に気づき始めており、解決するためにさまざまな対策を講じてきました。宇宙技術が進歩するにつれ、人工知能、先進センサー、材料科学など、宇宙デブリ管理の効率と有効性を向上させる新しい技術や方法が登場しています。

南太平洋には「宇宙船の墓場」としてよく知られる無人海域があり、長年にわたり250機以上の衛星が眠る場所となっている。しかし、「宇宙船の墓場」の的を正確に狙うのは容易ではありません。低軌道では、衛星は地上に対して秒速 7.8 キロメートルで移動します。これはライフルの弾丸の約 8 倍の速度です。衝突の瞬間、衛星の破片の速度は毎秒270メートルまで遅くなる可能性があるが、その間に衛星の破片は地面や海面の広い範囲を覆う可能性がある。

デブリの軌道を短くし、衛星の衝突ゾーンを制御するためには、デブリをできるだけまっすぐに速く落下させる必要があります。これには、衛星の軌道を意図的に乱して、ある瞬間に衛星の移動方向が地球を周回する軌道から地球を通過する軌道に変わるようにする必要があります。この時点でシステム障害や他の宇宙ゴミとの衝突など何か問題が起きれば、残骸は進路を外れ、誰もどうすることもできなくなる可能性がある。

最大の宇宙ゴミがやってくる

地球の低軌道上では、スペースデブリの問題が深刻化しており、宇宙の安全保障を脅かす無視できない要因となっている。統計によると、軌道上にはすでに何億もの宇宙ゴミがあり、そのうち約36,000個の破片は直径10センチメートル以上あります。これらの高速飛行する「ジャンク」は、宇宙の時限爆弾のようなものです。

ニューサイエンティスト誌によると、人工衛星がほぼ毎日大気圏に再突入しているにもかかわらず、国際宇宙ステーションは2030年頃に廃止され、地球に帰還する予定だ。しかし、1500億ドルの国際宇宙ステーションは、満載のジャンボジェット機と同等の質量を持ち、人類がこれまでに建造した衛星としては最大かつ最も複雑なものだ。 420トンもの巨大な物体を安全に着陸させ、破壊するにはどうすればいいのでしょうか?これはまさに、世界中の科学者を悩ませる問題です。

国際宇宙ステーションは最大の宇宙ゴミとなり、5年後に地球に衝突するだろう

理論上、ISS は、例えばより高い軌道に押し上げられることで、さらなる推進剤を必要とせずに無期限に運用を継続できる可能性がある。しかし、NASAが2024年に発表した白書は、この選択肢には問題があると指摘している。一方では、2030年までに宇宙ステーションのほとんどのコンポーネントが当初の構造寿命を超え、故障のリスクがますます高くなるだろう。一方、軌道高度が高ければ、宇宙ステーションは宇宙ゴミと衝突するリスクも高まる。大きな衝突で国際宇宙ステーションが粉々に吹き飛ぶ恐れがあり、放出される大量のゴミによって、地球低軌道は数百年にわたって人工天体が「居住可能」ではなくなる可能性がある。

したがって、国際宇宙ステーションは落下しなければなりません。 NASAは、国際宇宙ステーションを地球の大気圏に再び押し戻す役割を担う専用の軌道離脱宇宙船の開発をSpaceXに委託した。 2030年頃に宇宙船は宇宙ステーションにドッキングし、その時点で宇宙ステーションの高度はわずか数時間で120キロメートルまで下がる。この時点で、急速に厚くなる大気は宇宙ステーションの太陽電池パネルを破壊するのに十分である。さらに20キロメートル降下した後、コアモジュールは分解し、チタンを溶かすほどの高温で空を横切ることになる。モジュールが次々と崩壊するにつれ、最終的に燃え残った残骸は、焼け付く残骸の雨のように遠くの太平洋の表面を切り裂き、最終的に南太平洋の「ポイント・ネモ」の遠く離れた海域、つまりその「墓場」に落下するだろう。これも理想的な状況でしょう。