ESA は「Courier Boy」の商用版を開発する準備ができていますか?

最近、ESA は商業貨物コンペの開始を発表しました。これは、2028 年までに宇宙ステーションと地上間の往復輸送を実現できる商業貨物宇宙船ソリューションを募集するために、欧州の民間企業を対象としています。ESA が民間貨物宇宙船を開発しているのはなぜでしょうか?現在、ヨーロッパのどの民間航空宇宙企業が貨物宇宙船の開発を計画していますか?

ヨーロッパの貨物宇宙船の過去と現在

世界初の貨物宇宙船「プログレス1号」は、1978年1月20日にソビエト連邦によって打ち上げられました。20世紀を通じて、貨物宇宙船の建造と打ち上げはソビエト連邦が主導しました。統計によると、ソ連/ロシアはプログレスシリーズの貨物宇宙船を173機打ち上げた。

しかし、プログレス貨物宇宙船の打ち上げ能力はわずか2.3トンであり、国際宇宙ステーションのニーズを満たすには年間6回打ち上げる必要がある。 ESAは、ロシアのプログレス貨物宇宙船への依存を減らすために、この歴史的な機会を利用して使い捨て貨物宇宙船である自動貨物宇宙船の開発を主導し、完全な宇宙船研究開発能力を蓄積しました。

自動貨物宇宙船は円筒形構造で、長さ9.794メートル、直径4.48メートル、満載貨物20.7トン、内部容積48立方メートル。宇宙船の外側はアルミホイルと微小隕石保護プレートで覆われています。翼幅最大22.28メートルにX字型に配置された4枚の太陽電池パネルを使用し、宇宙船に4.8キロワットの電力を供給できる。

この宇宙船はモジュール設計を採用しており、後続のミッションを考慮しながら、さまざまなセクションとモジュールを統合して並行してテストすることができます。さまざまなミッション モジュールと互換性があり、主に統合貨物キャビンとサービス キャビンの 2 つのセクションで構成されています。統合貨物モジュールは総容積の60%を占めます。サービス モジュールによって推進および制御され、与圧キャビンと非与圧キャビンの 2 つの部分に分かれています。この宇宙船には、高精度のナビゲーション システム、高度に冗長化された飛行ソフトウェア、独立した電源、制御、スラスターを備えた完全に自律的な監視および衝突回避システムが搭載されています。この宇宙船は、GPSナビゲーションベースの協調型ターゲット自律ランデブーおよびドッキング技術を使用して、国際宇宙ステーション「ズヴェズダ」のロシアモジュールとの完全自動ドッキングを実現します。

さらに、自動貨物宇宙船は、プログレスを除いて、燃料補給、姿勢制御、軌道強化を提供できる唯一の国際宇宙ステーション行き貨物宇宙船です。また、これまでに打ち上げられた貨物宇宙船の中で最大の積載量を持ち、輸送能力はプログレスシリーズの宇宙船の3倍以上です。 1回の打ち上げで6.5トンの貨物と燃料を国際宇宙ステーションに輸送し、さらに2.5トンの燃料を使用して宇宙ステーションの軌道上昇と姿勢制御を完了し、宇宙ステーションの長期にわたる安定した運用を確保することができます。

自動貨物宇宙船の1回の打ち上げコストは4億8,000万ドルで、貨物の単価は1キログラムあたり7万4,000ドルです。比較すると、ドラゴン貨物宇宙船の貨物の単価は 44,800 ドル/kg、シグナス宇宙船は 62,100 ドル/kg、プログレス MS 宇宙船は 32,000 ドル/kg です。

2008年から2014年にかけて、自動貨物宇宙船は5回のミッションを成功裏に遂行した。貨物宇宙船の商業化が進むにつれ、準備サイクルが長く、経済効率が悪いなど、自動貨物宇宙船の欠点がますます顕著になり、2014年についに退役しました。幸いなことに、NASAとESAは、自動貨物宇宙船をベースにした「欧州サービスモジュール」と呼ばれるサービスモジュールをオリオンの「探査ミッション1」に提供することで合意しました。現時点では、ヨーロッパには独自に打ち上げ可能な貨物宇宙船はもう存在しない。

ESAの商業化に関する検討

ESA は、4 つの考慮事項により、商用貨物宇宙船の開発を希望する可能性があります。

最初のステップは、アメリカの商業航空宇宙の成功モデルを模倣し、低コスト開発のトレンドに応え、航空宇宙経済を通じてヨーロッパの経済発展を推進することです。

高品質かつ低コストの製品とサービスは、生存空間を獲得するための宇宙の商業化における重要な交渉材料です。現在、宇宙開発は全体として低コスト開発の傾向を示しています。米スペースX社は第1段ロケットの回収・再打ち上げに成功し、ロケット打ち上げコストをさらに削減した。このような状況下では、成熟した技術を有する既存の貨物宇宙船のコストをさらに抑制し、民間運用を行うことは、国際航空宇宙の発展において避けられない傾向となっている。この分野の商業化では米国が主導権を握っている。

ESA の競争は明らかに NASA の商業軌道輸送サービス プログラムに触発されたものである。この計画では、NASAは企業サービスを購入するユーザーとしてのみ行動し、民間企業が全体の運営に責任を負うことになる。宇宙船の研究、開発、製造は民間企業が主力となり、NASAが監督を担当することになる。これは非常に革新的で費用対効果の高いソリューションであり、航空宇宙産業と国民経済の発展に貢献し、世界経済における国の競争上の優位性を高めることになります。

2つ目は、イノベーションを刺激し、航空宇宙産業の発展を促進することです。貨物輸送システムの設計、構築、打ち上げにおいて民間企業間の競争を導入することは、輸送コストを削減するだけでなく、欧州の有人宇宙技術の革新のペースを加速し、技術力の向上とコスト削減に貢献し、競争力の強い新たな航空宇宙産業基盤を確立することになる。 ESA は、民間企業と協力して持続可能な商業宇宙エコシステムを形成することで、欧州の宇宙産業の発展をさらに促進することができます。

第三に、ESA と民間企業はそれぞれ独自の重点分野を持ち、それが欧州の航空宇宙産業チェーン全体の発展を促進することになります。現在、世界の地政学的状況は再構築されつつあり、宇宙輸送業界と商業打ち上げ市場の大きな変化は、新たな競争、革新、ビジネスリスクを伴っています。急速に変化する国際環境の中で欧州が存在感を保ち、他国と競争できる世界的な宇宙リーダーに成長したいのであれば、宇宙協力への依存を減らす必要がある。

能力開発を促進するために、欧州の宇宙部門は民間投資の誘致も検討すべきである。この競争は、欧州宇宙開発計画の要求と一致しており、欧州宇宙の低軌道分野のアウトソーシングを目指す一方で、ESAはより長期的かつより複雑な深宇宙有人宇宙探査活動にさらなる力を注ぎ、欧州宇宙分野の産業チェーン全体の発展を形成し、宇宙分野における欧州の外界への依存を減らすことになる。

第4に、貨物宇宙船の商業開発は有人宇宙船の前提条件となる。欧州宇宙機関（ESA）のヨゼフ・アシュバッハ事務局長は、この貨物船について「行き止まりにならないように、つまり将来的に有人宇宙船に開発できるように設計するつもりだ」と語った。

資金上の理由から、ESA は有人宇宙船を直ちに開発しようとはしませんでした。代わりに、有人宇宙飛行の第一歩として商用貨物宇宙船を採用し、ドラゴン宇宙船の開発アイデアを活用することを意図しました。第 1 世代は貨物輸送に使用され、第 2 世代は有人宇宙飛行に重点が置かれます。

欧州の商業宇宙企業が台頭

ESAは、このコンペで集められた提案が、上昇移動で2トン、下降​​移動で1トンの帰還可能なペイロード容量を達成できることを期待しています。計画の第一段階（2023年9月～2024年6月）では、ESAは予備設計が決定され、適切な第三者資金が得られるまで、貨物宇宙船の開発を進める企業を2～3社選定する予定です。ヨーロッパのいくつかの民間企業はすでに往復貨物宇宙船の設計を提案している。

フランスの探査会社は新しい探査機「Nyx」の打ち上げを計画している。宇宙船の直径は4メートル、重量は8トン、積載量は4トンです。ドラゴン宇宙船と同様に、帰還カプセル＋貨物室の2段設計を採用し、オープンインターフェースを使用して技術モジュールを構築し、何度も帰還して再利用することができ、軌道上で燃料補給も可能です。ドッキング後、宇宙船は6か月間軌道上を飛行することができ、計画されている貨物ユニットのコストは1キログラムあたり21,400米ドルです。

ディスカバリー号の Nyx 宇宙船の想像図。

ドイツのアウクスブルクロケット工場は、フェニックスエンジン、ステンレス鋼構造、自動ドッキング機能を採用する中型貨物宇宙船アルゴの打ち上げを計画している。この宇宙船の積載量は3.4トンで、加圧貨物室の容積は約13立方メートルです。同社はまた、生命科学実験帰還カプセルを開発するドイツのアトモス・スペース・カーゴ社と協力し、再突入と回収の問題を解決するため、一体型膨張式再突入カプセルを共同開発する予定だ。興味深いことに、Argo はさまざまな打ち上げロケットと互換性があり、展開と打ち上げの点で柔軟性があります。

ヨーロッパの回収可能な貨物宇宙船がどのように進化していくのか、人々は待って見守るしかないだろう。また、より多くの製品が商用貨物宇宙船の競争に参加できるようになることを期待しています。 （著者：王露迪、王昭雷、画像提供：フランスの探査会社、レビュー専門家：中国航天科学技術集団科学技術委員会副委員長の江凡）