星座航法、フライバイ探査、新たな月探査が始まり、新たな傾向が徐々に現れている

最近、中国、米国、ロシア、欧州宇宙機関、韓国、インドなどの国や組織が相次いで月探査計画を発表しており、その多くは月通信・航法衛星群の構築や、低軌道探査機、ジャンピング探査機などの手段による水氷資源の探索など、斬新なハイライトを特徴としている。新たな月の探査活動が始まろうとしています。誰もがよく知っている従来の月探査ミッションと比べて、この新しいミッションは何が違うのでしょうか?新しいタスクにはどのような新しいテクノロジーや新しいアイデアが適用されると予想されますか?

月面版衛星ナビゲーションの構築

衛星ナビゲーションシステムは、地上ナビゲーション、通信、資源探査などの活動において重要な役割を果たします。完全に自律的な衛星ナビゲーションシステムを持つことは、すべての主要な宇宙大国が追求している目標です。月面でのより複雑なミッションをサポートし、月面の総合的な調査をより良く実施するために、衛星ナビゲーションシステムの構築をめぐる国際競争は月付近にまで広がっています。

国家宇宙局は、我が国が月面通信・航法衛星群の構築を実証しており、最初の打ち上げは2024年頃に行われる可能性があると発表した。簡単に言えば、これは北斗航法システムの月面バージョンとなり、将来の月面活動のための中継通信、航法、その他のサービスを提供し、その後のより複雑な月面探査ミッションに情報サポートを提供することができる。

ESAも月軌道上に航行・通信衛星のネットワークを構築する計画を開始したが、この点ではNASAが「最も速く動いている」。 2022年6月28日、米国のキャップストーン探査機が打ち上げられ、米国による月探査機の打ち上げとしては約10年ぶりの成功となった。 「アルテミス計画」の先駆けとして、電子レンジサイズのこの探査機は「世界初の月面航法衛星」として宣伝され、米国による月面版GPSの開発が実質的な配備段階に入ったことを示した。

米国の「キャップストーン」検出器の概略図（出典：米国メディア）

奇妙に思う人もいるかもしれません。月には人が住んでおらず、車も走っておらず、ナビゲーション アプリケーションの需要もほとんどないのに、なぜ複雑な衛星ナビゲーション システムを構築する必要があるのでしょうか。

実際、月の表側だけを探査したいのであれば、低軌道で動作する航法衛星でミッションの要件を満たすことができます。しかし、従来の航法衛星では月の極や裏側を探査することはできないため、人間が特別な「使者」を月に送る必要がある。

今日、人類は月面探査と開発の新しい時代を迎えており、月面での活動はますます活発化していくでしょう。今後、多くの無人探査機や有人宇宙船が月面への着陸や複雑な月面での活動に成功し、「個人にとっては小さな一歩だが、人類にとっては大きな一歩」を踏み出すことになるだろう。これらすべてには、より正確なナビゲーション情報とよりスムーズな大容量通信の保証が必要であるため、完全な月面通信およびナビゲーションコンステレーションを構築することが不可欠です。

月の正確な「肖像」

近年、多くの国が月探査衛星に対する新たな要求を提起している。月の周りを低軌道で飛行するため、月の高精度デジタル標高マップを提供したり、着陸候補地の調査を支援したり、月面の水やその他の資源（発電に使用できる太陽放射を含む）を評価したり、将来の宇宙飛行士が直面する可能性のある放射線環境を分析したりできます。

NASAは21世紀初頭に「新宇宙探査プログラム」を導入し、最初のミッションは2009年に月探査機を打ち上げることでした。月探査機は高度50キロメートルの極軌道で運用され、全天候型の月の温度マップ、月の測地座標、高解像度のカラー画像、月の紫外線アルベドなど、大量の情報を送信します。将来的には、NASAは原子力で動く月面探査車を打ち上げ、月裏からさらに多くのサンプルを収集し、宇宙飛行士に地球に送り返すことも計画しています。

韓国初の月探査機「ウォルホ」（出典：韓国メディア）

昨年12月27日、韓国初の月探査機「芳月号」が予定されていた月周回軌道への投入に成功した。興味深いことに、韓国航空宇宙研究院は「月相」ができるだけ早く軌道に乗れるように軌道高度を300キロメートルに調整することを望んでいたが、NASAの強い要請により、軌道高度は当初の目標である100キロメートルに維持された。実は、「ムーンライト・サイト」にはNASAのシャドウカメラが搭載されており、高解像度カメラで月面を観測し、月の南極にある永久影の領域を正確に撮影することに重点を置いている。これは、「アルテミス計画」による着陸地点や水氷の痕跡の選定に役立ち、2032年に打ち上げが予定されている韓国の月着陸船にも役立つだろう。

チャンドラヤーン2号の失敗にもかかわらず、インドは月探査の野望を諦めていない。インド宇宙機関は今年初め、インドの3回目の月探査ミッションが今年末か来年初めに打ち上げられると発表した。インドのチャンドラヤーン3号着陸船は今年2月に電磁干渉と電磁両立性の試験に合格し、3月には主要な振動と音響環境の試験を完了し、さらなる安全対策を追加した。今後、チャンドラヤーン3号推進モジュールは主に通信中継の任務を担い、月面リモートセンシングミッションを遂行するチャンドラヤーン2号推進モジュールと連携し、約26キログラムの月面探査車を共同でサポートして約半月にわたり月面で作業し、インドの次の月面探査ミッションにさらに詳細な直接情報を提供する予定だ。

各国でさらなる月探査ミッションが進行中で、豊富な月の情報を入手し、より詳細な「月の女神の肖像」を描くことが期待されている。今年、我が国は月探査プロジェクトの第4期を全面的に推進します。今後、嫦娥6号は月面の裏側からさらに多くのサンプルを採取し、2,000グラムという目標の達成を目指す。

日本の「はくとR」は今年3月末に月周回軌道への投入に成功した。この商業宇宙着陸船は、4月末にUAE初の月面探査車と日本の小型ロボットを月面前線北部のアトラスクレーターに運び、月の土壌、月の岩石や塵の動き、月面のプラズマ状態を調査する予定である。

ちょっと恥ずかしいのは、米国の「Lunar Flashlight」です。この立方体衛星は「ホワイトラビットR」に搭載されており、当初は月面から約15キロメートルの月周回軌道に入り、赤外線レーザーと新しいレーザー反射鏡を使用して、月の南極の永久影領域にある水氷資源を探索する予定でした。残念なことに、「グリーン推進剤」のテスト中に故障が発生し、「ルナ・フラッシュライト」ミッションは軌道飛行から月面フライバイにダウングレードせざるを得なくなりました。

月面フライバイ探査には多くの謎がある

公開情報によると、わが国の「嫦娥7号」は月面の南極に着陸し、フライバイ探査と水資源の探索を行う準備を進めている。将来的には、嫦娥7号と嫦娥8号が、月周回衛星、月着陸船、月面車、フライバイ、およびいくつかの科学的検出機器を含む、月の南極研究ステーションの基本モデルを形成することになる。さらに、いくつかの外国の民間航空宇宙企業は、ジャンプロボットを使って月面を調査する計画を発表している。

では、飛躍検出とジャンプ検出とはどういう意味でしょうか?ミッションを遂行する上で、このタイプの宇宙船の独自の利点は何ですか?

現在、異星の惑星に着陸する探査機は、着陸機と探査車という2つのカテゴリーに分けられます。着陸船が探査車を異星の惑星の表面に運ぶと、その任務は暫定的に完了する。探査車は探査のために着陸地点を離れることができるが、大きな制限が課せられる。従来の月面探査車は、月夜に休息するだけでなく、岩や穴、傾斜路など月面上の障害物を頻繁に回避する必要もあります。運転の過程は薄氷の上を歩くようなもので、「スピード」を出すことは不可能です。

月探査機が「ジャンプアップ」して月面に繰り返し着陸し、移動できれば、探査効率と全体的な利益は間違いなく大幅に向上するだろう。さらに、月面の一部の領域は従来の月面探査車では探査できないほど不明瞭であり、月面フライバイ探査機は複雑な地形を観測する上で独自の利点を持つことになる。

さらに、月フライバイ探査機は、まず探査機に搭載されたマイクロ波画像レーダーを使用して永久影地帯の高解像度画像を作成し、飛行経路と着陸経路を詳細に計画することで、永久影地帯に直接「飛行」することができます。恒久的な影の領域を検出するミッションを完了した後、次のミッションに備えて充電するために照らされた領域に戻ることができると予想されます。

もちろん、月面の複雑な状況に対処するために、月フライバイ探査機は太陽エネルギーだけに頼ることはできません。事前に燃料を蓄えておき、重要な瞬間に使用することも検討できます。今後、月探査機に原子力技術が活用されることが期待されれば、作業の継続性と効率性は大幅に向上するだろう。

それでも、月面フライバイ探査機やジャンプロボットを月面で正常に動作させることは、まだ容易ではありません。結局のところ、月には濃い大気がないので、探査機が頻繁に「離陸」するのは難しく、着陸時の緩衝材も不十分で、リスクはさらに大きくなります。この目的のために、科学研究者はより困難な努力をする必要がある。

航空宇宙技術の進歩により、近い将来、探査機が飛んだりジャンプしたりして月面に「躍動感」を与え、月のさらなる謎を解き明かし、月資源の探査と開発、月面基地の建設、そして人類の長期滞在のための強固な基盤を築く姿が見られるようになると私は信じています。

今後、月探査活動は、進歩や挫折を伴いながらも、新たなハイライトを見せ続け、注目を集めていくだろう。それは、人類の観察視野と活動空間を拡大するだけでなく、科学技術の発展と成果の応用・推進を促進するからです。それは最先端の技術トレンドを大きくリードし、人類の進歩の原動力である好奇心を満たします。 （著者：張凱）