迅速な生産と迅速な発売、新しい「スター」と新しいコンセプト

宇宙産業の急速な発展に伴い、衛星サービスはますます幅広くなり、私たちの生活に深く組み込まれるようになり、従来の衛星打ち上げの効率では宇宙計画者や顧客のニーズを満たすことができなくなっています。衛星をより早く製造し、配備する方法にはどのようなものがありますか?破壊的で考えさせられるような将来の計画はあるでしょうか?見てみましょう。

「バスケットボール」と「タブレット」には多くの種類があります

私たちは日々、無線通信やインターネットサービスを楽しんでいますが、人々の活動が拡大し、地域間の交流が深まるにつれ、従来のサービス手法では徐々に対応できなくなってきています。コストと技術的な制限により、高層基地局の信号塔ではすべての対象エリアをカバーできず、高速光ファイバーケーブルではすべての家庭を接続できない。深い山や森の中で携帯電話の電波が届かなくなったら、ハイカーはどうすればよいのでしょうか?南極の科学研究者が長期間、家族とビデオ通話で連絡が取れない場合、心身の健康や仕事の効率に影響が出るのでしょうか？

これらの問題を解決するために、航空宇宙業界は、多数の高性能衛星を活用して地球の表面を100％カバーし、さまざまなサービスをリアルタイムで提供する衛星ネットワークシステムを構築することを目的とした壮大なSkynetプロジェクトを計画しました。例えば、SpaceXの「Starlink」は42,000基の衛星ネットワークを展開する計画だ。おそらくその頃には、スーツケースほどの大きさのクライアントサーバーが数万平方キロメートルのエリアに安定した通信を提供できるようになり、インターネットの有名人でさえエベレストのファンにスムーズなライブビデオを放送できるようになるでしょう。

スターリンク衛星展開の概略図

美しいビジョンの背後には、軌道上にある膨大な数の衛星という実際の物質的支援が必要であり、克服すべき第一歩は、衛星の迅速な製造の難しさです。

従来の衛星製造プロセスは「孤立した島」と表現されてきました。 「プライベートカスタマイズ」という贅沢を楽しむには、プログラムのデモンストレーションから詳細設計、製造、納品、統合組み立て、テストまで、多くの時間とコストが必要です。

今後は、衛星の性能が「十分」で量産しやすいことを確保しつつ、小型化と集積化が衛星製造技術の鍵となるでしょう。この点では、SpaceXの技術が一時的に優位に立ち、「スターリンク」特別打ち上げは「1矢あたり衛星60基」程度で安定している。マスク氏はさらに、新世代の衛星は標準的なバスケットボールほどの大きさになるとも明らかにした。プロモーションビデオでは、未来の「スターシップ」が大量の「スターリンク」第2世代衛星を打ち上げる壮大なシーンが映し出されている。衛星は円盤状に密集して配置されており、その円盤がロケットによって一つずつ「吐き出される」ことから、衛星がいかに小さく圧縮されているかが分かります。

中国の航空宇宙部門も衛星の小型化と統合に絶えず取り組んでいるが、これは商業上の大きな利益をもたらすだけでなく、国家安全保障上の競争にも関わってくるからだ。最近、我が国の新世代の積み重ね可能なフラットパネル衛星がプロトタイプの事前研究段階に入りました。

公開情報によると、関連企業は衛星設計の最適化、新材料の代替、部品プロセスの簡素化、継続的な反復の過程で、製造コストを徐々に削減し、生産効率を向上させてきた。年間生産量は約100機に達しており、将来的には数百機の衛星を生産する予定だ。

具体的には、3Dプリント技術の活用に成功したことにより、研究者らは高周波マイクロ導波管や高性能アンテナなどのペイロードの加工技術を向上させ、ペイロードスペースを従来の占有スペースの1/3に圧縮し、一部の単一機械やシステムの性能などの総合指標も向上させた。

中国の新世代衛星の登場も多くの人々の予想を上回った。よく見かける四角い箱や大きな丸いボールとは異なります。形状は平らで、表面には小型のデバイスや配線ハーネスが密集しています。付属の超薄型ソーラーウィングは、複数のソーラーパネルを連結した12段の「スライドドア」構造となっている。しっかりと折り曲げて圧縮すると、厚さはわずか数センチになるそうです。

近い将来、タブレット コンピューターに似た新世代の衛星が数十、あるいは数百機、長征ロケットのペイロード ベイに積み込まれることも考えられます。彼らは中国の衛星即応部隊を編成し、集団で宇宙に突入し、地球と宇宙インターネットの全方位リアルタイム通信という偉大な事業に「身を捧げる」ことになる。

「巨大クジラ」と「大砲」が助けに来る

衛星が小型化・集積化した後は、打ち上げ・展開方法の革新を図る必要があります。航空宇宙研究者や愛好家の中には、多くのユニークな新しいアイデアを考案した人もいます。彼らの目標は同じです。打ち上げコストを削減し、大量の衛星を迅速に配備することです。

まず、超飛行船打ち上げ計画があります。熱気球の原理と同様に、飛行船は自身のエネルギーを消費せずに、代わりに大気中に存在する空気の浮力を利用して上昇します。飛行船が十分に大きければ、その積載量は驚くほど大きくなり、数千個の超小型衛星を運ぶのに十分であり、数万メートルの高さの成層圏まで飛行することも可能です。

このプランの最大の魅力は、空気の揚力を利用することです。この飛行船は多数の衛星を近宇宙に打ち上げる予定で、これにより打ち上げコストが大幅に削減されると期待されている。また、水平面上で自由に移動でき、発射時間を柔軟に把握し、観光サービスも提供できます。

数万メートルの高度を泳ぐ真っ青な「巨大クジラ」を想像してみてください。その紡錘形の表面は、実は巨大な太陽電池パネルであり、飛行船に電力を供給するだけでなく、衛星を打ち上げるためのエネルギーを蓄えることもできます。ある瞬間、「巨大クジラ」の周囲で色とりどりの花火が輝き、魔法の輪の中で衛星が宇宙の座標位置へと飛んでいきました。

第二に、電磁砲発射計画がある。電磁砲は、電磁場のアンペア力を利用して発射体を加速する「大砲」です。 1970年代、西側諸国は電磁砲に関する初期の実験を行い、2グラムの物体を毎秒11,000メートルまで加速することに成功しました。これは第一宇宙速度を超えています。つまり、空気抵抗を考慮しなければ、この2グラムの小さな物体は地球のミニ衛星になる可能性があるのです。衛星が小型化、軽量化するにつれ、一部の国ではより大きな出力とエネルギーを持つ超電磁砲のテストを行っている。電磁砲を使って衛星を打ち上げるというアイデアは、航空宇宙研究者の頭に自然に浮かびます。

アメリカが開発した電磁砲

各国は長年にわたり電磁砲の研究を行ってきたが、実用化には至っていない。主な理由は2つあります。1つ目は、電磁砲とその補助装置はサイズが非常に大きいため、航空機、船舶、車両に搭載することが困難であることです。第二に、電磁砲は砲弾を発射するには高価すぎ、砲弾一発の運用コストは数万ドルにもなります。

しかし、電磁砲を衛星の打ち上げに使用すれば、これらの欠点は無視できるほど小さく、むしろ利点になると思われる。一方では、電磁砲関連の設備がいくつあっても、基地はそれらを収容するのに十分な大きさであり、占有面積は従来のロケット打ち上げ基地よりもはるかに小さい。一方、数万ドルの打ち上げコストは、従来のロケットの製造コストや燃料コストと比較するとほんのわずかなものです。

もちろん、電磁砲を使って衛星を打ち上げるには、まだ多くの技術的な課題が残っています。例えば、将来的に衛星はどの程度小型化できるのでしょうか？衛星をリンゴほどの大きさに圧縮できれば、電磁砲のエネルギー消費圧力は間違いなく大幅に軽減されるだろう。さらに、衛星は、大きな加速過負荷や強力な電磁場の下でも安全かつ健全な状態を維持できるでしょうか?将来、航空宇宙技術が満足のいく答えを提供してくれると信じています。しかし、一つ気になることがあります。当時、衛星の「大砲」は単発発射だったのでしょうか、それとも連続発射だったのでしょうか?数万基の衛星を打ち上げるミッションは1週間以内に完了するかもしれない。 （著者：孫飛）