月面征服の偉業：我が国の有人月面着陸が直面する4つの大きな課題と技術的ブレークスルー

我が国は、2030年までに初の有人月面着陸を達成するという目標を発表しました。予備的な計画では、2機の打ち上げロケットを使用して、それぞれ月着陸船と有人宇宙船を地球・月間のトランスファー軌道に送り、宇宙船と着陸船は月周回軌道上でランデブー・ドッキングし、宇宙飛行士は宇宙船から月着陸船に乗り込みます。その後、月着陸船が降下して月面の指定された地域に着陸し、宇宙飛行士が月面に降りて科学調査やサンプル採取を行う予定です。割り当てられたミッションを完了した後、宇宙飛行士は着陸船に乗って月周回軌道に行き、宇宙船とランデブーしてドッキングし、その後サンプルを積んだ宇宙船で地球に戻ります。したがって、我が国は、2030 年までに初の有人月面着陸を達成するにあたり、一連の重要な困難と課題に直面することになります。これらの課題を 1 つずつ検討し、この偉大な目標を達成するために研究者が克服する必要がある課題と技術的困難について見ていきましょう。

まず第一に、有人月面着陸を実現するための鍵の一つは、強力な大型打ち上げロケットを持つことです。有人宇宙船や月着陸船を低軌道に送り込むためには、約140トンの低軌道積載量という巨大な積載量が必要です。単発打ち上げ・月周回組み立て方式が採用された場合、離陸重量約4,000トン、機体直径約10メートルの超大型運搬ロケットを新たに開発する必要がある。この積載量は、米国のアポロ計画のサターンVロケットに相当し、低地球軌道積載量を140トン、地球・月遷移軌道積載量を50トンまで増加できる。しかし、このようなソリューションは開発が非常に難しく、開発サイクルも長くなります。

2030年までに初の有人月面着陸という目標を達成するために、私たちはロケット開発の難易度が低い2回打ち上げ・月周回組立計画を選択しました。これが、長征10号ロケットの開発目的です。長征10号ロケットは全長約88.5メートル、最大離陸推力は2,678トン。低軌道での積載量は約70トンで、米国のスペース・ローンチ・システム（SLSロケット）に匹敵する。地球・月間遷移軌道において、長征10号ロケットの積載量は27トンである。長征10号ロケットは、2027年頃に初飛行を完了する予定である。長征10号ロケットは、モジュール式組み立てソリューションを採用し、長征5号の直径5メートルのロケット本体構造と推力120トンの液体酸素ケロシンエンジンを継承している。ロケットの第1段には、直径5メートルのモジュールが3つ並列に使用され、各モジュールには推力120トンの液体酸素ケロシンエンジンが7基搭載されています。この設計は、大型ロケットの開発における一連の問題を解決します。

もう一つの課題は、新世代の有人宇宙船を開発することです。新世代の有人宇宙船にとって最大の困難と課題は、月から地球に帰還し大気圏に突入する際の速度が、低軌道で飛行する神舟宇宙船の速度よりも速く、第二宇宙速度に近い秒速約11キロメートルであることだ。これはより激しい摩擦を意味し、宇宙船の耐熱性を向上させる必要があります。神舟宇宙船と比較すると、新型有人宇宙船の耐熱性は3～4倍高い。また、新世代の有人宇宙船は神舟宇宙船の技術を基盤とし、宇宙船の構造、推進、回収、エネルギー、熱制御、電子工学などの分野で多数の先進技術を採用している。宇宙船は再利用可能機能を備え、乗組員は4～7人に増加した。同社の試験船は2020年に無事に進水した。

3番目の課題は月面着陸船です。月面着陸船は月面での着陸と帰還のミッションを完了する必要がありますが、これは月面の複雑な地形やクレーターなどの課題を克服しなければならない高リスクのミッションです。特に帰還時には着陸機を再度離陸させる必要があり、信頼性の高い技術サポートが必要となります。展示されている月面着陸船の予備的な模型計画によれば、着陸船は「月着陸船」と「推進モジュール」の2つの部分から構成されている。推進モジュールは、複合施設が月に接近する際のブレーキと軌道制御のための電力モジュールであるだけでなく、月への降下中に電力減速の役割も担います。月着陸船は月面に近づくまで分離しません。この設計の目的は月着陸船の燃料を節約することです。注目すべきは、月着陸船は着陸時に着陸船の一部として機能するだけでなく、宇宙飛行士が月面から離れるための上昇機としても機能するということです。このような設計により、月面着陸船の柔軟性が向上し、有人月面ミッションの成功に不可欠なものとなります。

4 番目の課題は、全体的な設計と飛行テストです。我が国は、今後7年間で、3段階に分けて有人月面着陸という壮大な目標を達成します。第一段階では、主要なサブシステムの研究および構築タスクの完了に重点を置きます。これには、新世代の有人打ち上げロケット、新世代の有人宇宙船、月面着陸船、月面服、有人月面探査車、その他の飛行製品の研究開発が含まれます。同時に、文昌宇宙発射センターに長征10号ロケットの最終組立・打ち上げ施設を建設し、計測、制御、通信、着陸場など関連する地上設備・施設の建設を完了します。その後は第2段階に入り、新世代の有人打ち上げロケット、新世代の有人宇宙船、月面着陸船などを用いて無人飛行の検証を行います。実際の飛行検証を通じて、主要なサブシステムの信頼性をテストし、全体的なソリューションの実現可能性を検証します。この段階は、その後の有人月面着陸に向けて万全の準備を整える重要な飛行試験段階です。ミッションの第2フェーズが無事完了すると、実際の有人月面飛行を実施する第3フェーズに入ります。私たちの目標は、2030年までに中国の宇宙飛行士を月面に着陸させ、中国の宇宙史における100年にわたる夢を実現することです。

全体として、我が国の有人月面着陸計画は壮大かつ挑戦的な目標です。科学研究者や機関の共同の努力により、上記の困難や課題を完全に解決することで、我が国は必ずや有人月面着陸を達成し、宇宙探査のより広い道に乗り出すでしょう。

著者: 周炳紅、中国科学院国家宇宙科学センター研究員

制作：中国科学普及協会