天州VIが進水しました！中国の航空宇宙産業の「速達マン」はどのように訓練されたのでしょうか？

制作：中国科学普及協会

著者: Space Brewing (若手宇宙学者)

プロデューサー: 中国科学博覧会

北京時間2023年5月10日、中国の有人宇宙計画は天舟6号貨物宇宙船の打ち上げを迎えた。巨大な龍のような長征7号ロケットが文昌宇宙発射センターから打ち上げられた。ロケットと宇宙船が着実に分離した後、天舟6号はすぐに天宮宇宙ステーションを追跡する旅に出ました。

（写真提供：CCTVニュースWeibo）

これはまた、天宮宇宙ステーションの建設が完了し、宇宙応用開発段階に入った後、アップグレードされた天舟宇宙船が正式に使用されることも意味します。

天州の命名は、宇宙船の命名における中国航空宇宙産業の「中国のロマン」を継続するものである。その主な目的は、宇宙ステーションレベルの大型有人宇宙船にさまざまな物資を輸送することです。天と地を結ぶ「天州」です。言い換えれば、中国の有人宇宙計画のスーパー「運び屋」だ。 Tianzhou-VI を通じて、このスーパー クーリエがどのように作られたかについて説明します。

以下の文章を読む前に、画面の前のあなたに尋ねさせてください。あなたはどんな速達便が一番好きですか?はい、もしくは、いいえ

「もっと！安定！速い！安い！」

「選択できるのは子供だけ。私は全部欲しい！」

1. さらに：この種類の貨物を 7 トン引っ張ることができます。

軍隊が移動する前に、まず食糧と飼料を送らなければなりません。十分な資材供給は、数え切れないほどの大きな事業を決定する中核的な要素です。天宮宇宙ステーション完成後は、あらゆる消費物資を地球から安定的に供給する必要がある。同じ条件下では、貨物宇宙船の積載量は大きいほど良いです。

天舟1号の初飛行と天宮2号（天宮1号の改良型）とのドッキングの様子を描いたレンダリング。両者は形が似ています。簡単に判断する方法は、片側にある太陽電池の数を数えることです。左の天州には3つあります。

（画像出典：参考文献[1]）

現在、世界で運用されている貨物宇宙船は、中国の天舟、ロシアのプログレス、米国のシグナスとドラゴンの4種類だけだ。その中で、天舟の積載量は驚異的な6.9トンに達し、他の3機の積載量範囲2.2～3.3トンを大幅に上回った[1]。これは主に、天州が我が国初の実験宇宙ステーション「天宮1号」をベースに開発されたためです。天宮1号は8.5トンの巨大なロケットで、長征2号Fロケットの容量限界にほぼ達している。より強力な長征7号ロケットの導入により、開発された天舟は容量が大幅に拡大され、総重量は約13.5トンになる。大型ロケットと大型宇宙船の組み合わせにより、天舟の積載能力は他の貨物宇宙船を上回っています。

2023年5月7日、長征7号ロケットと天舟6号宇宙船は垂直移行中であった。

（写真提供：Our Space）

天舟6号から宇宙船はさらにアップグレードされ、特に密閉室の貨物容量が大幅に増加し（約20％増加）、総容量は7.4トンに達し、宇宙ステーションへのサポートが強化されました[2]。

2. 安定性: 多用途で絶対的に信頼できる

貨物宇宙船は、単に積載能力があるだけでは不十分で、さまざまなニーズに安定的に応えられる「何でも屋」であることも必要です。宇宙ステーションは運用中に多くの側面を消費するため、天州は設計の初期段階でさまざまな詳細を十分に考慮しました。

空気抵抗が弱いなどの理由から、大型宇宙ステーションの軌道を維持するには大量の推進剤を消費します。天舟宇宙船は軌道上で補給できる大量の燃料を搭載しており、「宇宙燃料補給トラック」に変身する。また、ドッキング後にエンジンを始動して宇宙ステーション全体の軌道を上昇させ、「宇宙トレーラー」に変えることもできる。

宇宙飛行士は宇宙ステーションの科学研究ミッションの魂です。それら自体が「科学研究ペイロード」でもあり、対応する航空宇宙医学の方向性を生み出しています。人類が存在するということは、食料、衣服、住居、交通、生命維持といった複雑なニーズを意味し、それらは主に天舟宇宙船の密閉された客室を通じて満たされる。天舟6号は密閉室の建設を強化し、補給能力を高めることに重点を置いた。例えば、天舟6号は天舟5号の2倍にあたる70キログラムの新鮮な果物を運び、宇宙飛行士の食糧需要を十分に満たした。

宇宙ステーションが軌道に入った後は、重要な部品を定期的にメンテナンスし、交換する必要があります。船外活動では、船外スーツや補助装置も定期的に使用する必要があります。船内および船外実験プラットフォームにも実験材料が必要であり、その輸送には天舟宇宙船の支援が必要です。装置の材料の特性に応じて、一部は密閉されたキャビンに配置する必要があり、他のものは密閉されていない部分に「吊り下げる」ことができ、内側と外側を一致させて宇宙船の輸送効率を最大化します。

天舟宇宙船には船外部品や推進剤のほか、貨物が満載されている。

（画像出典：参考文献[1]）

さらに、天舟宇宙船は中国の有人宇宙飛行における「失敗ゼロ」という輝かしい記録を継続した。これまでに5回の打ち上げのうち5回で成功を収めており、安定性、信頼性、オールラウンダーとしての地位を確立しています。

3. 高速: 迅速なドッキング、数時間以内の宇宙到着

宇宙飛行はさまざまな軌道力学の制約を受け、地球上の宅配便業者が直面する地上輸送システムとは大きく異なります。したがって、宇宙でのランデブーとドッキングは非常に困難な作業です。宇宙船は非常に短い時間枠内に打ち上げられ、楕円軌道に入り、その後何度も軌道修正を繰り返してようやく予定通りに宇宙ステーションに着陸できるのです。慎重な状況であれば、通常は約 2 日かかります。

天舟宇宙船の反復的な開発により、宇宙船の軌道制御能力が強化され、軌道決定と航行精度が向上し、制御と誘導戦略が継続的に最適化され、ドッキング時間が継続的に短縮されました。例えば、天舟1号はドッキングに2日かかりましたが、天舟5号はわずか2時間でドッキングを完了しました。これは新たな世界記録であり、貨物宇宙船が作業要件を満たし、同時に成功率を確保するために必要な理論上の最小時間でもあります。ドッキングは1周後に完了します。

天州が宇宙ステーション全体にドッキングし、サービスする様子のレンダリング

（写真提供：アメリカ宇宙局）

これにより、宇宙から地球への輸送ミッションを遂行する天舟宇宙船は、都市内で「1時間ごとの配達」の輸送効率を達成した。次のようなシナリオを想像してみてください。宇宙飛行士は朝 9 時に注文が発送されるのを見て、昼食を逃すことなく 11 時にそれを受け取ります。

4. 安価: 非常に費用対効果の高い輸送ソリューション

天舟宇宙船が「より多く、より安定し、より高速」になることの直接的な利点は、同じ容量要件の下で使用頻度を大幅に減らすことができることです。例えば、国際宇宙ステーションは毎年約8回の貨物宇宙船補給ミッションを実行する必要がありますが、天舟6号に代表される新しい一連の貨物宇宙船は、天宮宇宙ステーションの運用ニーズを満たすために2年ごとに3回のミッションしか必要としません。 「8対1.5」、コスト効率の面で天州は明らかな優位性を持っています。

打ち上げ回数の削減は、打ち上げ現場の資源の使用が減ることを意味し、貨物宇宙船の試験および保守チームの貴重な時間を節約し、高価な打ち上げロケットのコストを大幅に削減し、ランデブーやドッキング、宇宙船の分離などのノードのための宇宙飛行士の作業手配に余裕が生まれます。さらに、天舟宇宙船の打ち上げとランデブー・ドッキングのプロセスでは、我が国のデータ中継衛星システムを活用して測定、制御、誘導を実現し、関連するコストを大幅に節約できます。さらに、超高速ドッキングなどの主要技術のブレークスルーにより、宇宙船の大量生産が可能になり、各宇宙船のコストが大幅に削減されます。

したがって、天舟宇宙船の強力な能力は、わが国の宇宙産業に多額の資金を節約することができ、これらの資金を他の重要な技術に取り組むために使用することができます。より優れた技術はより低いコストでより多くの生産をもたらします。天州はその好例です。

ミッションの最終段階では、天州は最後にもう一度宇宙ステーションの軌道を維持するために全力を尽くし、空気抵抗の影響に対抗するために軌道を上げようとします。その後、宇宙ステーションで発生したゴミを積んだまま宇宙ステーションを離れ、後続の宇宙船がドッキングできるスペースを確保します。最後の瞬間、制御された形で地球の大気圏に突入し、激しい衝撃と熱によってまばゆいばかりの流星に変わるでしょう。燃え残った残骸の影響を防ぐため、通常は南太平洋の巨大な「宇宙船の墓地」を目指してその栄光の生涯を終える。

参考文献:

【1】雷建宇 賈東永 バイ・ミンシェン 馮勇 李星乾 。天州貨物宇宙船の研究開発。宇宙科学技術。 2023:3;0006. DOI:10.34133/space.0006.

[2] 新型の天舟6号貨物宇宙船は、さらに多くの貨物を積んで5月上旬から中旬に打ち上げられる予定だと光明オンラインは伝えている。