低軌道空間は「大きな宝物」

先日、有人宇宙船「神舟14号」の打ち上げが成功した後、3人の宇宙飛行士が軌道上で天河コアモジュールと2つの主要実験モジュール「夢天」と「文天」のドッキング作業を行い、中国の天宮宇宙ステーションの総合建設ミッションを完了する予定です。これは、中国人民が宇宙に安定した「故郷」を持つことを意味するだけでなく、宇宙資源、特に低軌道資源の開発が新たな段階に入ったことも意味します。では、宇宙資源とは何でしょうか?

低軌道は、人類が最も集中的に開発し、最も多くの利益を得た宇宙資源です。

貴重な資源、最大限の活用

人類の文明発展の歴史は、資源の探索と開発の歴史です。石器時代、青銅器時代、鉄器時代、蒸気時代から情報化時代に至るまで、人類の地球資源を活用する能力は急速に拡大してきました。過去において、人類の発展に頼ってきた資源はすべて限られており、小さな岩石惑星である地球に限られていました。

現在の宇宙時代において、人類が直面する資源は無限です。たとえば、宇宙には私たちの太陽のような星が少なくとも 1 兆個あり、私たちの小さな太陽からの放射線の 10 億分の 1 でも、地球上のすべての既知の生命を生み出すのに十分です。

太陽は地球に生命を生み出した

しかし、既存の人類の航空宇宙技術を利用して遠く離れた恒星間空間を開発することは、まだ遠い夢です。特に地球から200～2000キロ離れた低軌道空間においては、人類は目の前の第一歩からしか始めることができません。ここは地球と広大な宇宙の境界です。宇宙的な特性を持ち、開発が比較的容易です。そのため、有人宇宙飛行やほとんどの宇宙船にとって好ましい軌道となっています。

低軌道に到達すると、地球の周りを安定した軌道で周回するために必要な推進剤はごく少量になり、宇宙船は安定した無重力状態になります。これは地球上で長期間維持することがほぼ不可能な完璧な実験環境です。例えば、宇宙では水滴が自然に完全な球体を形成しやすく、生物の成長や運動は重力の影響を受けず、宇宙船の表面は特殊な宇宙放射線環境であってもハイテク実験のプラットフォームになり得ます。

宇宙では、地球の大気、磁場、電離層が宇宙船に与える影響は、地球の表面の場合よりもはるかに小さくなります。例えば、宇宙望遠鏡が宇宙空間に入ると、ほぼすべての帯域の電磁波を観測することができます。地球上では、地磁気/電離層の遮蔽、気象条件による干渉、人間の光/電磁汚染により、ほとんどの電磁波帯域にアクセスできません。

宇宙に配備された望遠鏡は人類の天文学をほぼ変えた

宇宙時代において、ハッブル、スピッツ、ハーシェルなどの優れた宇宙望遠鏡は、人類の天文学をほぼ一変させました。

さらに、低軌道は地球に近く、軌道速度が速く、軌道周期が短くなります。リモートセンシング衛星を低軌道に配備すると、より鮮明な観測情報が得られるだけでなく、地球をより速くカバーできるようになります。ネットワーク化後は完璧な「Skynet」になることができ、非常に意義深いです。

したがって、地球が人類のゆりかごであるならば、低地球軌道は人類の最初の「ベビーウォーカー」です。

豊かで多様な

低軌道は有人宇宙飛行に最適な選択肢です。軌道が低すぎると、薄い空気によって宇宙船や宇宙ステーションの軌道がゆっくりと低下し、宇宙ステーションの安定した軌道を維持するためのコストが過度に高くなります。軌道をさらに高くするには、独自の推進システムを頻繁に作動させるか、高周波貨物宇宙船を使用する必要がある。軌道が高すぎると、地球の電離層と磁場による保護が弱まり、異常な宇宙放射線の脅威に対して脆弱になり、補給が著しく困難になる。

低軌道は衛星に十分なスペースを与える

有人宇宙船は通常、傾斜角 40 ～ 50 度の軌道で運航することを選択しますが、これにも多くの利点があります。これにより、地球の中低緯度の人口密集地域をカバーできるだけでなく、測定と制御のサポートも容易になります。地球の自転の慣性をより有効に活用し、打ち上げ効率を向上させることができます。例えば、中国が宇宙ステーション時代に入ってからは、支援施設の利点から有人打ち上げに引き続き使われてきた従来の酒泉衛星発射センターに加え、その後の宇宙ステーション建設や貨物宇宙船ミッションはすべて、より緯度の低い文昌宇宙発射センターが選択されました。

太陽同期軌道はもう一つの貴重な宇宙資源です。地球は完全な球体ではなく、この楕円体が平らになることで、衛星の軌道の傾斜がゆっくりと変化します。軌道が地球の重力の影響を受け、太陽の周りを回る地球の自然な歳差運動と一致するように傾斜角が設計されていれば、宇宙船が地球上の特定の場所を通過するときの現地時間は基本的に固定されます。たとえば、宇宙船が赤道上の地点を通過するたびに、午後 2 時になります。現地時間。そのため、この軌道は太陽同期軌道と呼ばれ、高度は600～800キロメートル、軌道傾斜角は約98度となります。

太陽同期軌道の宇宙船が上空を飛行する場合、常に安定した照明環境が存在し、これは光学リモートセンシング、気象検出、資源探査などの衛星にとって非常に重要です。安定して繰り返し訪問することで、最も価値のある情報を得ることができます。軌道をより細かく設計し、宇宙船が常に地球の境界線に沿って移動するようにすれば、レーダー干渉法などエネルギー消費量の多い地球観測が可能になるほか、長期にわたる安定した太陽観測にも活用できる。

上記の 2 つの主要軌道は、低軌道資源の開発において絶対的な利点を持っています。

さらに、これに基づいた特殊な用途向けの軌道もいくつかあります。例えば、極軌道は2つの極の上を安定して通過し、地球の自転の影響を受けて、地球の全周をカバーすることができます。赤道上のような低傾斜軌道は、地球上で最も人口密度の高い地域をカバーでき、より高い商業価値を持ちます。

開発は加速している

低軌道は常に、人類によって最も集中的に開発され、最も恩恵を受けてきた宇宙資源です。サリュートシリーズ、ミール、スカイラブ、スペースシャトル、国際宇宙ステーション、天宮宇宙ステーションなどの主要な有人宇宙プロジェクトであれ、さまざまな気象、リモートセンシング、地質学、天文学の衛星であれ、低地球軌道が好ましい目的地です。しかし、低軌道インターネット通信などの目的の衛星の大規模な打ち上げにより、地球近傍空間はますます混雑しつつあります。

米国のSpaceX社が構築中のStarlink衛星群を例に挙げてみましょう。再利用可能なファルコン 9 ロケットの技術的およびコスト上の利点により、Starlink 衛星は急速に地球近傍宇宙軌道リソースを占有しています。 OneWeb、Amazon、エアバス、サムスンなどの企業が打ち上げた巨大な低軌道衛星群も考慮に入れると、低軌道範囲だけでも、今後10〜20年で世界は数万基の衛星を打ち上げることになり、過去60年間の衛星の蓄積をはるかに上回ります。これは衛星インターネットのほんの一分野にすぎません。

表面的には、低軌道の資源はほぼ無限であり、既存の有人宇宙船の数と比較すると、依然として「極めて空っぽ」です。しかし、宇宙にはリスクも満ち溢れています。低軌道上のすべての宇宙船は秒速7キロメートル以上の速度で移動しており、これは高速道路の制限速度である時速120キロメートルのほぼ200倍に相当します。

この場合、あらゆる物体の運動エネルギーは極めて巨大となり、破壊力は驚異的です。したがって、宇宙船の運用には多くの偶発的なリスクがある可能性があります。宇宙船同士の衝突や宇宙ゴミとの衝突が起こると、宇宙ゴミの量は急激に増加します。もしそれが制御されずに勝手に増殖するのを許されれば、近い将来、地球は宇宙ゴミで覆われることになるだろう。したがって、人類は低軌道環境を清潔に保つ方法を見つけなければなりません。

大量の宇宙ゴミと活動中の宇宙船が密集しており、衝突が起こりやすい。

最善の解決策は根本的な原因に対処することです。一方で、衛星が宇宙ゴミになる可能性は最初から排除されます。衛星やロケットを設計する際には、十分な推進剤を搭載できるように一定の余裕を持たせます。衛星の寿命が尽きると、最後の電力を使って軌道を離れ、大気圏に再突入して燃え尽きる。一方、世界各国は、衝突の危険を防ぎ、宇宙資源を共同で平和的に開発するために、宇宙交通のルールを統一的に策定する必要がある。