SpaceX スターシップの 3 回目の飛行は成功だったのでしょうか、それとも失敗だったのでしょうか?

米スペースX社（スペース・エクスプロレーション・テクノロジーズ・コーポレーション）は14日中部標準時午前8時25分（日本時間午後9時25分）、新世代の大型ロケット「スターシップ」の3回目の試験打ち上げを実施した。ロケットがテキサス州ボカチカの基地から打ち上げられた後、作業は順調に進んだ。スペースXの創設者マスク氏もソーシャルメディアに投稿し、宇宙船が「軌道速度に到達」したことを祝福した。しかし、スターシップの3回目の試験打ち上げは、宇宙船が大気圏再突入中に地上との信号が14分近く途絶えたため、予定より早く終了した。大きな注目を集めた３回目の試験打ち上げは成功だったのか、失敗だったのか。

画像出典: SpaceX公式サイト

01総推力は7,000トンを超える。宇宙船はどれくらい強力ですか?

スターシップは、スペースXが開発した超重量級の宇宙打ち上げロケットです。これは、第 1 段の超重量ブースターと、第 2 段の「スーパーヘビースターシップ」または単に「スターシップ」と呼ばれる宇宙船ステージで構成されています。

スターシップが注目を集める理由は、それが現在までに世界最大かつ最強の打ち上げロケットだからです。この宇宙船は完全に溶接されたステンレス鋼で作られており、直径9メートルの円筒形をしています。宇宙船の高さは121メートルで、40階建てのビルに相当します。離陸時の重量は5,000トンで、初級駆逐艦の排水量に相当します。この離陸質量は、サターンVの1.6倍、N1ロケットの1.8倍、SLSの1.9倍、エネルギアの2.1倍、スペースシャトルの2.5倍、長征5号の5.7倍です。

このような巨大なロケットを宇宙に打ち上げることができるように、超重量ブースターステージには合計33基の「ラプター」液体ロケットエンジンが搭載されており、総推力は約7,600トンで、フランスのエッフェル塔を持ち上げるのに十分な量です。このタイプのエンジンは液体酸素/メタンを推進剤として使用し、比推力は 327 秒です。これらのエンジンは2つの円に分かれており、ブースターステージの下部に設置されています。外側の円周にある20基のエンジンは固定されており、内側の円周にある13基のエンジンは推力ベクトル制御のために両方向に15度スイングでき、推力を20%から100%の間で調整できます。

スターシップの 3 回目の飛行を発射塔の視点から撮影した写真。第 1 段の 33 基のエンジンすべてが点火され、宇宙に打ち上げられました。

画像出典: SpaceX公式サイト

02朗報です！今回は爆発しなかったよ！悪い知らせ：また失敗したかも…？

スペースXは今回の試験打ち上げに大きな期待を寄せており、意図的にスペースXの設立22周年にあたる現地時間2024年3月14日を打ち上げ日として選んだ。 2023年4月と11月の最初の2回の試験打ち上げと比較すると、「早期終了」したこの3回目の試験打ち上げミッションは失敗と見なされますか？

成功するか失敗するかは、宇宙船が設定したミッションの目的によって決まります。このミッションでは、コード名B10の超重量級ブースターステージが点火され、離陸後正常に飛行しました。すべてのラプターエンジンは正常に始動し、打ち上げプロセス全体を通じて正常な点火状態を維持しました。第一段階の運用終了時に、スターシップは超重量ブースター段のラプターエンジンのほとんどを停止する一方で、コード名S28のスターシップ宇宙船段の6基のエンジンを点火し、第一段階と第二段階の熱分離に成功しました。分離後、超重量級のブースター段は姿勢反転に成功し、完全な逆推力点火を実行し、ブースターはメキシコ湾の予定着陸地点まで飛行することができました。スターシップ宇宙船の6基のエンジンが351秒間作動した後、スターシップは近地点高度わずか50キロメートルで所定の軌道に入り、初めて軌道投入ミッション全体を完了しました。軌道滑空段階では、スターシップはペイロードハッチの開閉テストと推進剤移送テストも無事完了しました。打ち上げから軌道投入までの全工程を無事完了したと言える。

GIFソース: SpaceX ライブ放送

もしそうなら、このミッションはどのように終わったのでしょうか?スターシップの超重量級ブースターステージは、着陸時の最初の逆推力点火を試みたときに3基のエンジンのみ正常に点火し、そのうち2基は直ちに停止した。ブースター段は安定性を失い、海抜約462メートルの高度で分解した。スターシップの軌道段も軌道滑走の終わりに姿勢不安定性を経験し、過度のロール速度により、当初計画されていた単一のラプターエンジンの軌道上での再点火が妨げられました。宇宙船は再突入段階まで生き残り、送信されたテレメトリ画像には、大気との摩擦によって発生した燃え盛る炎が映っていた。ミッション開始から約49分後、スターシップがスターリンク経由で送信した信号が中断され、スターシップは大気圏で分解して損傷を受けるはずだった。

このテスト打ち上げにより、スターシップの軌道投入能力は歴史的に検証されましたが、帰還、着陸、再利用能力を完全に検証するにはまだ長い道のりがあります。これを受けて、連邦航空局（FAA）はその後、レベル4の失敗基準に従って打ち上げ結果を「失敗」と定義する声明を発表し、SpaceXに失敗の調査を求めた。

03大空に舞い上がる、未来はどうなるのか？

スペースXの惑星間輸送システムの構想は、2012年にマスク氏によって初めて提案された。この構想は、2020年代と2030年代に人類を火星に送るための、完全に再利用可能な2段式ロケットシステムを構築することを目指している。数々のデザインと名称の進化を経て、最終的に現在の「スーパーヘビースターシップ」となりました。

さらに、スターシップの当初の設計目標は、完全に再利用できるようにすることでした。超重量級のブースターステージは着陸のために発射塔に戻ることができ、スターシップ宇宙船ステージは地球軌道から戻り、指定された発射台に垂直に着陸することができる。スターシップは低地球軌道まで150トンの積載能力があり、再利用しない場合は250トンに達する可能性がある。スターシップは、低軌道で燃料補給して、静止軌道、月、火星などのより遠い目的地まで移動できるように設計されています。

SpaceXの優れた研究開発能力とスターシップの巨大な積載能力に基づき、このプロジェクトは米国政府と軍からも広範な支援を受けています。 NASAはスターシップ計画に最大40億ドルを投資しており、アルテミス計画の実施とアメリカ人の月への再進出に活用したいと考えている。最新のスケジュールによると、有人月面探査ミッション「アルテミス3号」の打ち上げ時期は2026年9月に延期された。宇宙船の進歩の一歩一歩が、アメリカの月面着陸の将来と、火星の植民地化というより長期的な目標の実現に関わっていると言える。 3 回のテスト打ち上げで達成された累積的な進歩は相当なものですが、スターシップの現在の状態はまだこの目標からかなり離れています。最終目標の実現をサポートするには、スターシップが高頻度で動作できなければなりません。なぜなら、月面着陸でも火星着陸でも、推進剤を移送するために多数のスターシップを打ち上げ、低軌道にドッキングさせる必要があるからです。

この目標を達成するために、SpaceX は大規模な迅速な生産と迅速なテストおよび反復における専門知識を最大限に活用しています。スペースXは今年少なくとも9回のスターシップ打ち上げを実施する許可をFAAに申請した。現在、ラプターエンジンの生産量は週7台に達し、スターシップのプロトタイプの製造速度は2～3週間に1台に達している。既存の発射台の近くで、2番目のスターシップ発射台の建設も始まりました。スペースXの過去の実績から、スターシップが予定通り、月面着陸、さらには火星着陸という米国の目標に最終的に追いつくだろうという大きな期待がまだ残っている。

04今後の展望

航空宇宙技術の進歩と人類の宇宙輸送に対する需要の継続的な増加により、宇宙船に代表される完全な再利用性は、将来の打ち上げロケットの開発において避けられないトレンドとなるでしょう。宇宙船はまだ完成していないが、最初の3回の試験打ち上げで実証された技術革新のスピードはすでに世界に衝撃を与えている。数十基の高推力ロケットエンジンを同時に作動させるなど、業界ではこれまで克服が困難と考えられていた問題が、技術的に実現可能であることが2度にわたって実証されました。

良い競争相手は敵ではなく、最高の友人です。強力なライバルであるスペースXに刺激を受けて、我が国の打ち上げロケット研究・製造企業も、再利用可能な技術における重要な問題への取り組みに注力してきました。

GIFソース: CCTVニュース

中国は再使用ロケットの垂直離着陸とホバリング試験を完了し、再使用ロケットの主要技術で大きな進歩を遂げたとみられる。民間企業でも、程度の差はあるものの、再利用技術の実証・検証を始めているところもある。今年の2回のセッションでは、我が国が現在、直径4メートルと5メートルの再使用型ロケットを開発しており、それぞれ2025年と2026年に初飛行する予定であるという朗報が発表されました。

宇宙探査は一夜にして達成されるものではなく、あらゆる進歩が重要な節目となります。今日、我が国は新たな成長の原動力として商業空間を育成してきました。将来の完全な競争市場環境においては、社会のあらゆる側面からの質の高い資源が最大限に動員され、技術革命がもたらす課題に共同で対処し、我が国の航空宇宙産業の急速な進歩と成長を促進するものと信じています。

著者: Yu Yuanhang、北京航空宇宙システム工学研究所上級エンジニア

監査：

劉勇氏は中国の宇宙科学大使であり、中国宇宙科学学会科学普及委員会の委員長であり、中国科学院国家宇宙科学センターの研究員である。

中国の宇宙科学大使、中国科学院国家宇宙科学センター研究員、周炳紅氏

制作：中国科学普及協会

制作：中国科学技術出版社、中国科学技術出版社（北京）デジタルメディア株式会社