米国の月面着陸計画は相次いで延期されている。月に戻るのはなぜそんなに難しいのでしょうか?

ペレグリン計画の失敗は、米国の月再訪問計画が一時的に阻止され、計画プロセス全体が延期を余儀なくされたことを意味する。アポロ計画とは異なり、今回の月面着陸計画は月面着陸の実現に主に商業力に依存し、米国の公的機関が請負業者の役割を担うことになる。この挫折は、帰還計画に関して商業企業にすべてを賭けることの潜在的なリスクを浮き彫りにしている。

著者 |李 賢煥

米国の2024年の月面着陸計画は順調なスタートを切ることができなかった。米国の月再到達構想を担うペレグリン着陸船が、現地時間1月8日、宇宙に打ち上げられて間もなく燃料漏れを起こし、月に到達できないことが確認された。費用1億800万ドルをかけていくつかの科学的探知機器と人間の遺灰を積んだこの宇宙船は、最終的には地球の大気圏に落下することになる。

これはアメリカの民間企業が月面着陸を試みた初めてのケースでもある。ペレグリンの開発元はアストロボティック社だ。米国政府は月面着陸計画を再開した後、民間の力に頼って月面着陸を達成するために、各段階の作業を細分化してさまざまな民間航空宇宙企業に引き渡すことに投資した。

米国にとって50年ぶりの月面軟着陸の試み（1972年12月、アポロ17号で3人の宇宙飛行士が月面を離れた）であったが、ペレグリン計画の失敗により、米国の月への再着陸計画は一時的に阻止され、関連する月面着陸計画の進捗も遅れた。

ロケット打ち上げの瞬間。出典: ULA

この挫折はまた、再参入計画に関して民間企業にすべてを託すことの潜在的なリスクを浮き彫りにしている。本稿では、ペレグリン計画を皮切りに、半世紀以上経った米国の月面着陸計画と当時のアポロ計画の類似点と相違点、そして商業力と国家ミッションが組み合わさった新しいモデルがもたらす新たな利点と不確実性を深く分析します。

民間企業が支援する月面着陸計画

商業勢力に支えられた月面着陸の物語は6年前に始まった。

2017年12月、当時の米国大統領トランプ氏はホワイトハウスで宇宙政策指令に署名し、米国の宇宙飛行士が再び月へ行き、最終的には火星に行くと発表した。

アメリカ航空宇宙局（NASA）は、新たな月面着陸計画を、ギリシャ神話の月の女神と狩猟のシンボルに由来する「アルテミス」と名付けた。この名前は、米国の前世代の月探査プロジェクトであるアポロ計画を彷彿とさせます。ギリシャ神話では、アルテミスはアポロの双子の妹です。

アポロ計画とは異なり、今回の月面着陸の目的は、単に月面に足跡を残したり旗を立てたりするだけではありません。アルテミス計画の終点は月ではありませんが、月から始まり、より遠い惑星へと向かいます。さらに重要なのは、実施までの道のりにおいて、NASA はもはやプロセス全体を管理する機関ではなく、政府の請負業者としてさまざまな要件を提示し、多数の民間企業や大学の研究室から請負業者を選定している点です。したがって、民間宇宙企業にとって、NASA は多くの顧客のうちの 1 つにすぎず、ミッション中に他の商用品を輸送することさえ可能です。

アルテミス計画のフェーズ 1。出典: NASA

巨大プロジェクトの小さな部分として、月面着陸のこのサブフェーズでは、NASA は当初、商業月面ペイロードサービス (CLPS) を通じて 9 社を選定し、数十億ドルの契約を競わせました。 NASA は民間企業に資金を支払い、科学機器を月面に送り、探査を実施しています。成功すれば、NASAは将来の有人月面ミッションを、より高度な惑星間配送サービスのような民間企業に委託することになるだろう。

この打ち上げはCLPSプログラムの最初のミッションとなります。計画によれば、今後少なくとも9回の月面着陸ミッションが実施され、5つの企業がそれぞれ異なる機材を月面に送り込むことになる。実際、NASAはロケットから宇宙船、月面着陸船に至るまで、13社のアメリカの航空宇宙企業と協力関係を築いており、その背後にある上流サプライヤーの数は3,000社を超えています。

最近の米国の月面打ち上げミッションは、各社にとって訓練の場や信頼性テストの場として機能してきた。

ペレグリンはミッションを完了できなかったが、打ち上げ段階はユナイテッド・ローンチ・アライアンス（ULA）が設計した新型ロケット「バルカン」の初の試験飛行となった。このロケットはロッキード・マーティンとボーイングの合弁会社によって開発され、今回の打ち上げを通じて国防総省からの認証も取得する予定だった。

ペレグリン月面着陸船。

このミッションには、ベゾス氏が設立したもう一つのスター航空宇宙企業、ブルーオリジンも参加している。バルカンロケットには、ブルーオリジン社が開発したBE-4ロケットエンジンが2基搭載されています。このタイプのエンジンは長年にわたって開発されており、今回が初の公式飛行ミッションとなります。ブルーオリジンはまた、複数のBE-4エンジンを搭載したニューグレンロケットの試験飛行を今年初めて行う予定だ。

発射台の上のバルカン。出典: ULA

その後のタスクも非常に集中的です。別の企業であるインテュイティブ・マシーンズは、ミッションの打ち上げ段階にスペースX社のファルコン9ロケットを使用し、2月中旬に初の月面着陸船を打ち上げる計画を立てている。興味深いことに、Intuitive Machines は 2 月 22 日までに月面に着陸する予定です (当初計画されていたハヤブサの着陸日より 1 日早い)。これを達成できれば、同社は月面に着陸する初の民間企業となる。

月面ミッションの次の段階である有人軌道飛行も同時に準備されている。米国とカナダの宇宙飛行士4人はすでに準備が整っているが、彼らが搭乗するオリオン宇宙船（ロッキード・マーティンとエアバスが共同開発）はまだ完全な試験に合格しておらず、飛行計画は2024年から2025年に延期されている。

一方、スペースX社は、史上初の完全再利用可能な大型打ち上げロケットであるスターシップロケットと宇宙船の試験をまだ行っており、軌道打ち上げはまだ完了していない。NASAは、このロケットと宇宙船を使用して、初の公式な有人月面着陸ミッションを2回実施することを計画している。

アルテミス計画の度重なる遅延と今回のミッションの失敗は、かつて月面に着陸した国が直面している新たな困難を浮き彫りにしている。

半世紀経った今、アメリカの月面着陸計画は何が変わったのでしょうか?

ペレグリン計画の失敗は必然的に相互に関連する月面着陸計画に影響を与えるだろう。そこで直感的な疑問が浮かぶ。なぜ米国は半世紀以上も前に一気に月面に着陸したのに、二度と戻らなかったのか？新たな計画でさえ、多くの困難と不確実性に直面することになるだろう。

理論上は、設計図を使ってアポロ計画のサターンVロケットとアポロ宇宙カプセルを再建する上で、大きな技術的問題は生じないはずだ。しかし、米国はアポロ計画を繰り返すことを望んでいない。アポロ計画は人類を月面に送り、コンピュータ技術、通信技術、材料科学などを含む大規模な技術革新を促進しました。アルテミス計画では、月は単なる通過基地であり、アポロ計画を完全に再現することはまったく不可能です。

サターンVが宇宙に打ち上げられる。出典: Wikipedia

まず第一に、彼らの目標は異なります。

アポロ計画の月面着陸エリアは主に月面の赤道付近に位置しており、このエリアは後に「アポロ月面着陸エリア」と呼ばれるようになりました。具体的には、アポロの 6 回の月面着陸はすべて、月の赤道付近かその近くに行われました。この選択により、太陽電池はさまざまな照明条件下で十分なエネルギー供給を提供できるようになります。

アルテミス計画の主な目標の 1 つは、月面に持続可能な人類基地を建設し、さらにそれを宇宙のさらに奥深くへ旅するための中継基地として利用することです。そのため、新たな月探査ミッションは月の南極に狙いを定めています。南極は月面上で水の氷が存在する可能性が最も高い地域であると考えられています。人間の居住のためであれ、将来の深宇宙探査のためであれ、月の水資源は飲料水と燃料（水素と酸素に分解）を供給するために不可欠です。このため、NASAは早ければ今年後半にも氷掘削ローバーを月に送り込む計画で、その後の有人宇宙飛行士による月へのミッションの一つには水資源の探索も含まれる予定だ。

アポロ11号ミッション。出典: NASA

さらに重要な要素は、経済的コストとセキュリティ上のリスクです。

アポロ計画はアメリカとソ連の軍拡競争の最中に生まれました。 1960年に初めて提案されましたが、当初は承認されませんでした。ソ連の宇宙飛行士ガガーリンがボストーク1号に乗って宇宙に飛び立ち、世界初の宇宙飛行士となったのは、その翌年の4月になってからだった。これに刺激を受けて、当時のケネディ米大統領は1ヵ月後にアポロ計画を正式に発表した。

アポロ月面着陸ミッションは大きなリスクに満ちており、月への競争における「賭け」のようなものでした。 1968年から1972年にかけて、NASAは合計9回の有人月面探査ミッションを実施し、そのうち6回は月面着陸に成功し、12人の宇宙飛行士が月面への着陸に成功しました。

成功の裏には、一連の致命的なリスクと事故が潜んでいる。たとえば、有名な「アポロ1号」の事故は地上試験段階で発生し、突然の火災で3人の宇宙飛行士が死亡しました。 「アポロ11号」ミッションでは、アームストロングは月面着陸に成功したものの、地球への帰還時に点火スイッチの故障に遭遇した。さらに、アポロ12号、13号、15号などのミッションでも大きな事故が発生しました。

安全コストに加え、アポロ計画の莫大なコストは他のプロジェクトとは比べものにならないほど大きい。このプログラムの総費用は255億ドルで、その年の米国GDPの0.57％に相当し、当時の米国の科学研究開発資金全体の20％を占めた。この支出は近年1,500億米ドルを超えています。

今日の NASA は、アポロ計画のような無制限の資金と全面的なサポートをもはや受けていません。また、高いリスクを許容することもできません。各プロジェクトのリスクを明確に評価する必要があります。たとえば、NASA は各コンポーネントの正確な故障率を計算し、各コンポーネント、サブコンポーネント、システムの故障に伴うリスクを評価します。

このような背景から生まれたアルテミス計画は、より経済的なコストで、より先進的な技術とより安全な方法で月に到達できる持続可能なプロジェクトとみなされている。

米監査局によると、NASAは月面着陸ミッションに必要なさまざまなプロジェクトの開発に2025年までに930億ドルを投資する予定だ。しかし、一連のタスクが時間どおりに完了できない場合、その後のコストはさらに増加し​​ます。

アルテミス計画は現時点ではコストと研究開発サイクルにおいて桁違いの優位性を持っていないが、商業競争モデルの導入により大きな改善の機会がもたらされるだろう。コスト削減がほぼ不可能だったアポロ計画に比べ、アルテミス計画は技術革新や再利用の面で信頼性が高く、プロジェクトが長く続くほどコストは低くなります。 SpaceXやBlue Originなどの「ナマズ」の参加により、NASAはコストを大幅に節約しながら、まず月へ行き、次に火星へ行くというこの冒険の最終目標を達成できるかもしれない。

月面に人間の居住地を建設する概略図。出典: NASA

商業月面着陸のリスクが徐々に明らかに

NASA は宇宙プロジェクトを進めるために商業力に依存しており、SpaceX がロケットや衛星の製造コストを大幅に削減したのと同じように、民間企業の完全な柔軟性と資本利用効率によってもたらされる破壊的効果を重視しています。この目標を達成するまで、技術の反復とコスト削減も失敗と試行錯誤に基づいています。これは、SpaceX が初期の段階で一連の失敗を通じて宇宙船の信頼性を向上させたのと同じです。

さらに、月面着陸は常に失敗率の高いミッションでした。実際、ペレグリン以前に民間企業によって実行された月面着陸ミッションはすべて失敗に終わっていました。 2019年4月、民間企業SpaceILとイスラエル航空宇宙産業が共同で製造した月面着陸船ベレシートは、月面着陸を試みている最中に連絡が途絶え、墜落した。 2023年4月には、日本の民間航空宇宙企業ispaceの月面着陸機も軟着陸を試みている最中に連絡を失い、最終的に墜落した。

民間企業はコスト管理にもっと注意を払っています。このような状況では、失敗のリスクが大きくなり、将来的にはさらに多くのミッションが失敗に終わるでしょう。欧州宇宙機関の月探査チーム責任者ニコ・デットマン氏は、ペレグリン計画について、これらの企業は比較的新しいため失敗は理解できると述べた。企業は失敗から学び、最終的にコスト削減を達成するでしょう。しかし、最初の数回のミッションがつまらないものになる可能性は否定できません。

米国の月面着陸計画では、効率、コスト、信頼性の3つが同時に達成できない要素となっていることがわかります。ビジネスの力を活用しようとしているNASAも、計画の継続的な遅延によるデメリットを受け入れている。

NASAのビル・ネルソン長官は最近の記者会見で、当初2024年末までに4人の宇宙飛行士を月周回に送る予定だったアルテミス2号ミッションが2025年9月に延期されたと述べた。また、宇宙飛行士を月面に送るアルテミス3号ミッションも、早くても2025年から2026年9月に1年間延期される。

月面着陸船のレンダリング。出典: NASA

これは、民間企業に依存するNASAの戦略のリスクを浮き彫りにしている。月面着陸のタイムラインは制御不能になりつつあるのだ。タスクが複数の企業に割り当てられると、NASA が進捗を管理することが難しくなります。さらに、エンジニアリングタスク自体にも失敗する可能性がある程度あります。したがって、ミッションの失敗や進捗の遅延は、計画全体の実行に影響を及ぼします。そして、数十の企業が関与する場合には、必ず驚きの出来事が起こるでしょう。

例えば、計画によれば、ペレグリンは月へ旅した最初の宇宙船ではなかった。以前、マステン・スペース・システムズという民間航空宇宙会社がNASAから月面着陸船の開発契約を獲得しており、2023年11月に打ち上げられる予定となっている。

しかし、NASAの資金援助により、同社は予定されたスケジュールまで存続することができませんでした。同社は2022年後半に破産を申請し、その後その主要資産はアストロボティックに買収された。これにより、当初の打ち上げミッションのキャンセルも直接的に起こりました。このペレグリンの打ち上げミッションでは、当初は他に5つのペイロードが一緒に月に行く予定でしたが、打ち上げ前の着陸機の調整中に、ペイロードはその後の月面着陸ミッションに配置されました。

米国の月面着陸計画にとっては、極めて長い期間自体もリスクとなる。

毎年、米国議会はNASAの具体的な予算額を決定するための年次歳出法案を可決しており、NASA長官の最も重要な任務の1つは、大統領と議会を説得して宇宙ミッションにもっと注意を払い、より多くの資金を承認してもらうことです。したがって、議会と現大統領からの NASA への支援のレベルは非常に重要です。

アルテミス計画以前、当時のオバマ大統領は火星に焦点を当てること、つまり月に行かずに人間の宇宙飛行士を直接火星に送ることを好んでいた。その後のトランプ政権は既存の計画を支持し、アルテミス計画を成功裏に確立した。

トランプ政権時代のNASA長官ジム・ブライデンスタイン氏（トランプ大統領が指名）はかつて、NASAが月面着陸計画の進捗を加速させたのは、政治家が突然考えを変えて計画を中止させてしまうことを防ぐためだったと発言した。彼らは月面着陸の予定日を当初の2028年から2024年に前倒しした。タイミングもかなり微妙だ。トランプ氏が2020年の選挙に勝利すれば、月面着陸計画は任期最後の年に予定通りに完了できるだろう。

しかし、その計画は実現しなかった。一方ではアルテミス計画の進捗が何度も遅れ、他方ではトランプ氏が再選されなかった。バイデン氏は2020年にホワイトハウスに入り、ジム・ブライデンスタイン氏は直ちに辞任した。幸いなことに、バイデン政権はアルテミス計画への支援を継続しており、NASAの予算は近年増加し続けていますが、このような仕組みでは長期的な不確実性を排除することは難しいでしょう。

その結果、不安も増大しました。計画の実施における不確実性と比較すると、外部からの競争圧力は確実であり、減少したことはありません。世界中で新たな月面着陸競争が始まった。すでに月への到達を目指した試みを開始している日本、イスラエル、インドに代表される非伝統的な宇宙大国に加え、ロシアも月面着陸の分野での強さを示すために懸命に取り組んでいる。さらに重要なのは、中国の月面着陸計画が依然として着実に前進していることだ。

人類を月に送った唯一の国として、月面着陸を再開した米国は、歴史的負担から脱却し、商業宇宙飛行の時代に月面着陸能力をどう発揮するのか。航空宇宙コミュニティは、今も新たな驚きを期待しています。

参考リンク

[1] https://www.nature.com/articles/d41586-023-04064-5

[2] https://www.theguardian.com/science/2024/jan/12/why-landing-on-the-moon-is-proving-more-difficult-today-than-50-years-ago

[3] https://www.washingtonpost.com/technology/2024/01/07/moon-landing-2024-nasa-astrobotic-intuitive-machines/

[4] https://www.reuters.com/science/moon-race-with-china-us-setbacks-test-role-private-firms-2024-01-12/

[5] https://www.wsj.com/science/space-astronomy/nasa-moon-landings-2024-9103f9ad?mod=WTRN_pos1&cx_testId=3&cx_testVariant=cx_160&cx_artPos=0

この記事は科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けています

制作：中国科学技術協会科学普及部

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