ルワンダは30万基の衛星を打ち上げる計画！宇宙の閉鎖の背後にある計算と混沌

限られた軌道資源と周波数帯域をめぐって、各国や衛星企業が合計100万機を超える衛星の打ち上げを申請している。しかし、これは単なる「書類上の」衛星打ち上げ計画であり、衛星のほとんどは実際には打ち上げられない。偽りの繁栄の裏には、既存の衛星管理システムの遅れや宇宙の混雑が引き起こす問題が露呈している。規制を調整し、抜け穴を塞ぐ時期が来ています。

著者 |李 賢煥

衛星業界では、テクノロジーを装った驚くべき現象が起こっている。例えば、アフリカの内陸部に位置するルワンダは、30万基の衛星を宇宙に打ち上げると主張している。

この国にこの目標を達成する意志と必要性があるかどうかは言うまでもなく、たとえこの目標を達成したいと思っても、現在の有人ロケットの能力からすると、それを展開するには100年以上かかるかもしれない。しかし、誰も真剣に受け止めないであろうこの目標は、国際舞台で非常に公然と登場し​​、正式な文書申請の形で国連機関に提出された。

あまりにも急速に発展しているためか、衛星業界では矛盾や混乱が生じている。ルワンダの例はそのうちの一つにすぎません。実際、近年各国が提案している衛星計画は非常に野心的なものとなっており、打ち上げ総数は数百万に及ぶとも予想されている。しかし現実には、現在地球の軌道上にある衛星は 10,000 個未満であり、計画されている衛星のほとんどはまだ製造されておらず、永遠に紙の上のままになっています。

理由は何ですか？単純な質問には、さまざまな国や企業の宇宙ビジョン、宇宙ミッションの製造および打ち上げコスト、管理システムの反復などの複雑な要素が関係しています。この記事では、最新の研究から始めて、巨大な衛星システムの「混乱」とその背後にあるさまざまな理由と動機を解明し、将来的に衛星をどのように管理すべきかをさらに理解します。有人衛星産業の発展はどこへ向かうのか？

100万個の「紙」衛星からスタート

最近、サイエンス誌に掲載された記事は、2017年から2022年の間に、各国が国際電気通信連合（ITU）に提出した文書によると、各企業が300以上の衛星群を含む100万基以上の衛星を打ち上げる計画があることを指摘した。

これはかなりとんでもない数字です。各国の宇宙機関の統計によれば、現在地球の軌道上には約7,000～8,000個の人工衛星が存在し、そのうちの相当数がもはや稼働していない状態となっている。このことから、現在各国が申請している衛星の数は、この100倍以上あることがわかります。

サイエンス誌に掲載されたこの記事は、何百万もの「紙製」衛星の不条理な現実を明らかにしている。

現在の衛星群システムの構築には事前の申請が必須となります。衛星を打ち上げる前に、各国政府は数年前から衛星計画をITUに提出しなければならない。 ITU は規制機関として、すべての関係者の無線スペクトルを調整し、衛星同士が競合しないように、つまり新しい衛星信号が既存の衛星信号に影響を与えたり、圧倒したりしないようにします。

実現可能性はさておき、100万基の衛星計画が真実であるかどうかにかかわらず、それが引き起こす問題は明らかです。

1. これらのアプリケーションに関係する衛星のほとんどが予定通りに打ち上げられれば、今後数年間で数千のロケットが点火され打ち上げられることになります。軌道上の衛星によって宇宙空間はより混雑し、衝突や信号の衝突の問題は大幅に悪化するでしょう。

2. 事業者がこれらの衛星を打ち上げる意図を全く持たない場合、つまりこれらの衛星が「書類上」のままである場合、事業者はまず衛星の位置を占め、投資家の注目を集め、最終的には無線周波数を再販することを望むかもしれないが、これは現在の管理システムの明らかな抜け穴を露呈することになり、もはや航空宇宙産業の進歩に追いつくことはできない。

誰が応募しますか?

実際、ほとんどのアプリケーションは明らかに疑わしいものです。代表的な例としては、ルワンダ政府が2021年9月にITUに2基の衛星群申請書を提出し、その総衛星数は30万基を超え、世界中で大きな話題を呼んだことが挙げられます。これと比較すると、これまで最も多くの衛星を打ち上げたSpaceXでも、打ち上げた衛星は合計で約5,000基に過ぎない。東アフリカに位置するルワンダは、国連が発表した世界で最も発展が遅れている国の一つです。経済は主に農業と畜産に基づいていますが、まだ食糧を自給自足することはできません。人口が1,000万人強、面積が北京の2倍未満のこの国では、2020年の一人当たりGDPは1,000ドル未満、国のGDPは約110億ドルでした。この数字は、彼らがこれほど多くの衛星を建造するには到底足りません。

ルワンダ政府の背後にいる実際の申請者を詳しく調べると、衛星事業者の数のゲームがさらに見えてきます。実際、ルワンダ政府を通じて提出されたこの申請の発起者は、フランス企業のE-Spaceです。さらに同社は2023年に10万基以上の衛星からなる衛星群の計画をフランス当局に提出した。

ルワンダの30万基の衛星計画の真の発起者は、このフランス企業です。

しかし、彼らは実際にこれほど多くの衛星を打ち上げることについては考えていませんでした。同社の最高経営責任者（CEO）は「少なくとも3万基の衛星が打ち上げられる」と公に述べたが、製品開発担当ディレクターは「打ち上げられる衛星は数千基に過ぎない」と述べた。

企業がさまざまな国や地域で申請書を提出することは、かなり一般的な慣行です。例えば、600基以上の衛星を運用するOneWebは、3か国（メキシコ、フランス、英国）を通じて6,118基の衛星に関する書類を提出している。スペースXは、米国、ノルウェー、ドイツ、トンガを通じて、数万基の衛星に関する書類申請を提出した。

同様の慣行は海運業界でも見られます。規制や施行が緩く、運航コストが低いため、世界の船舶の44%以上がパナマ、リベリア、マーシャル諸島のわずか3か国に登録されています。

動機の 1 つは、衛星軌道を申請して取得し、それを転売して収益を得ることです。例えば、太平洋の小さな島国トンガは、これまで一度も衛星を打ち上げたことはないが、1980年代に9つの衛星軌道の申請を行い、それを貸し出して数百万ドルを稼いだ。今、彼らは再び衛星事業に目を向けている。 2023年10月、スペースXはトンガを通じて約3万基の衛星の申請書類を提出した。

さらに、中国、ドイツ、スペイン、ノルウェー、フランス、ソロモン諸島を含む大小さまざまな国々が、ITUに多数の衛星ファイル申請書を提出している。 「しかし、我々が興味を持っているのは大きな数字だけではない」と、ブリティッシュコロンビア大学の大学院生で論文の著者の一人であるアイヴァン・ライト氏はインタビューで語った。 「これらの衛星群を取り巻く問題を調べれば調べるほど、ITUの規制が完全に時代遅れであることがわかります。」彼は、資金の問題、政治的変化、あるいは技術的な問題により、多くの「紙の」衛星が打ち上げられることはないだろうと述べた。

申請したのになぜ発行されないのですか？

まず第一に、それは能力です。

人類が宇宙に物を送り出す能力には限界がある。統計によると、2022年には世界中で合計186回の軌道打ち上げが行われ、そのうち178回が成功し、8つの国と地域が関与し、2,497個のペイロードと24人の宇宙飛行士を軌道に送りました。今年の数字を除けば、今年はすでにロケット打ち上げが最も多い年であり、最大2,000基以上と現時点で世界最大の打ち上げ能力があると言える。このペースでいくと、100万個の衛星を打ち上げるのに400年以上かかることになる。

それからコストもあります。

最も人気のあるスターリンクを例に挙げると、モルガン・スタンレーはかつてスターリンク衛星の製造コストは衛星1基あたり100万ドルと見積もっていたが、マスク氏は衛星1基のコストは50万ドルまで下がると予想していると公言している。 Starlink は衛星の製造コストを発表しておらず、具体的な数字は技術の進歩や生産規模の拡大に伴って今後も変化し続けるため、この記事では範囲を取り、人民元と米ドルの為替レート 7:1 に基づいて推定します。Starlink 衛星 1 基のコストはおよそ 350 万元から 700 万元の間となります。比較すると、浙商証券が2022年9月に発表した調査レポートによると、わが国の現在の低軌道通信衛星の平均建設コストは約3000万元であると指摘されています。

スターリンク衛星の規模は5,000基に達し、他社をはるかに上回っているため、業界では一般的に、SpaceXは同レベルの衛星の中で衛星コストを最小限に抑えることができると考えています。しかし、そうであっても、衛星の構築、特に衛星ネットワークの構築は、開始に数百億ドルの費用がかかる巨大なビジネスです。

打ち上げコストもあり、コスト構造のほぼ半分以上を占めます。

SpaceX 独自の Falcon 9 ロケットは、日常的な再利用を実現した世界で唯一の打ち上げロケットです。 1回当たりの平均打ち上げペイロード質量は11.13トンに達し、回収成功回数は100回を超えており、宇宙進出コストは大幅に削減されています。現在、ファルコン9低軌道打ち上げサービスの公表価格はおよそ26,000人民元/kgです（これは原価ではなく外部見積もりであることに注意してください）。市場の他のロケット打ち上げサービスと比較すると、価格は半分以上安くなります。

各種ロケットの打ち上げ価格

あらゆる面でコスト面で優位性を獲得することによってのみ、Starlink はかろうじて利益ラインに達する低軌道衛星群となることができます。スペースXの社長兼最高執行責任者であるグウィン・ショットウェル氏はメディアとのインタビューで、スターリンクは2023年に収益化できる見込みだと語った。スターリンクシステムのコストは年間約24億1000万ドルと見積もられている。昨年以来、Starlink は世界中で 100 万人以上のユーザーを獲得しています。

この観点から、SpaceXよりも製造コストや打ち上げコストが高い他の企業を見ると、かなりの課題と疑問に直面し、利益を期待することはさらに困難です。したがって、この極めて骨の折れる、しかし必ずしも報われないわけではない事業に多額の資金を投資する際には、誰もが慎重かつ保守的になるのが極めて合理的です。

発行されないのになぜ申請するのですか?

現時点で100万基の衛星に関わる申請書類を見ると、計画が実行されないことは誰もが分かっているのに、企業にしても政府にしても、次々に資料を提出している。利益に関する非常に実際的な考慮がなければなりません。ショーマンシップ（商業レベルおよび政治レベル）に加えて、軌道上の資源を獲得するという重要な戦略的意義も持っています。

衛星の軌道と周波数帯域は戦略的資源とみなされます。制限があるだけでなく、長所と短所もあります。異なる周波数帯域では伝播損失が異なるため、すべての当事者がより良い位置を得るために競争する必要があります。国際的に、衛星周波数と軌道リソースに関して採用されている主なアプローチは「先着順」です。そのため、先進国が先に衛星を打ち上げて優先権を占有し、高品質な軌道や周波数の混雑を招いています。 ITUは、さまざまな企業からの申請を受け付け、衛星軌道の調整と管理を担当する組織です。

地球軌道上のスターリンク衛星の分布の概略図

さらに、軌道が異なれば状況も異なります。

例えば、地上から約 35,000 キロメートルの静止軌道では、ほとんどの衛星が単独の衛星として存在するため、軌道資源は比較的十分です。 ITU はこの軌道の管理を簡素化したいと考えています。衛星は10～15年の寿命が終わると、通常は人工的に制御されて高度約300キロまで上昇し、衛星の「墓軌道」に入って宇宙ゴミとなり、元の位置に戻される。

しかし、激しい争いが繰り広げられている低軌道に関しては状況は異なります。数百または数千の低軌道衛星が、2,000キロメートル未満のさまざまな高度で衛星群ネットワークを形成する必要があります。一度に全部が廃止されるわけではありません。一部の衛星が損傷したり、寿命が尽きたりすると、通常、運用者らは軌道上の資源全体を放出するのではなく、衛星を補うために新しい衛星を打ち上げます。そのため、状況は「早い者勝ち」となり、遅れて来た人は将来的にトラックが利用できないという受動的な状況に直面する可能性があります。

地球の低軌道の軌道高度 300 ～ 1000 キロメートルに最終的に何基の衛星を収容できるでしょうか?この質問に対する答えには多くのバージョンがあります。しかし、衛星の安全性がますます厄介な問題になるであろうことは確かだ。申請された衛星の 10% が最終的に打ち上げられると、低軌道はさらに 10 万個の追加衛星で混雑することになります。衛星同士が衝突すると、大量の宇宙ゴミが発生し、さらに衝突が繰り返されることになります。

こうした中、スペースXが昨年12月に規制当局に提出した書類によると、スターリンク衛星の自動衝突回避システムは2020年12月1日から2022年11月30日の間に2万6037回の軌道衝突回避操作を実施し、衛星1機あたり平均10回以上の軌道変更を行ったことが示され、脅威が現実のものとなっていることが示された。

どのような角度から推論しても、宇宙は無限であるにもかかわらず、後発者に残された空間はますます狭くなり、軌道資源が重要な閾値となるだろう。

何をするか？

矛盾はますます激しくなり、何百万もの「紙」衛星の現象は、現在の衛星管理システムが衛星産業の健全な成長を支えるのにもはや十分ではないことを示しています。

もちろん、これは主に、業界が過去に予想よりも急速に発展したという事実によっても引き起こされています。海運業の発展について言えば、15世紀から17世紀の大航海時代に人類が海洋に進出し始め、その後産業革命と近代的な船舶技術の発達により近代船舶の時代を迎えました。今後、世界の海域の6割以上を占める公海をどのように管理していくべきでしょうか。長い綱引きの期間を経て、各国は徐々に現在の共通の統治システムを形成していった。

宇宙開発は航海の新しい時代です。地上100キロメートル以上の宇宙空間は、さらに広大な空間であり、その管理も現状ではさらに厳しいものとなっている。

さらに、宇宙は秩序が切実に必要とされる場所でもあります。衛星は、宇宙の高速道路を走行するのと同じように、毎秒7〜8キロメートルの速度で軌道上を走行します。衝突によってさらに多くの破片が発生すると、その結果は誰も耐えられない、あるいは救えないものとなるでしょう。この文脈において、宇宙衛星管理は、衛星軌道、スペクトル、宇宙デブリ、国際協力など、さまざまな側面の規制と調整を伴い、宇宙活動の安全性、持続可能性、有効性を確保するために不可欠です。

これにより、国連自体よりも以前に設立された国連機関であるITUに対する要求がさらに高まります。 3～4年ごとに193の加盟国が集まり、世界的な通信に関する新たな規則について議論する。彼らが試みなかったわけではない。 2019年、ITU加盟国は衛星群ネットワークに関する規制を採択し、最初の打ち上げ後2年以内に衛星の10%を打ち上げ、5年以内に50%を打ち上げ、7年以内に衛星群全体の打ち上げを完了することとした。

この規制の出発点は、企業が衛星を打ち上げずに軌道を占有することを防ぐことでした。詳細の1つは、「計画されていない衛星ネットワークにおける宇宙無線局の周波数割り当ての規則が7年以内に施行される」というものである。これは、書類提出後7年以内に最初の衛星を打ち上げることができることを意味する。ここに抜け穴があります。申請が過剰に提出されている現在の状況では、この文は次のように理解できます。「これらの「紙の」衛星が偽物であることを確認するには 7 年待つ必要があります。」さらに、ITU の規則によれば、申請が承認されてから 7 年間衛星群が使用されなかった場合、最終的な結果は「無線周波数と関連する軌道リソースの有効期限が切れる」だけであり、このような「プレースホルダー」動作には大きなコストやペナルティは発生しないことを意味します。

前述の記事の著者は、ITU はこのプロセスの迅速化を検討し、同時に、大規模または投機的なアプリケーションを制限するための課金メカニズムを導入する必要があると述べています。

明らかに、規制を調整し、抜け穴を塞ぐ時期が来ています。 11月20日から12月15日まで、アラブ首長国連邦で世界無線通信会議が開催されました。前述の記事の著者は記事の中で、衛星群の現在の混乱を解決するためにITUが新しい規制を早急に改正すべきだと指摘した。

筆者はメディアのインタビューで、今年の会議では衛星群に関する問題に焦点が当てられると述べ、各群の衛星数を制限したり、大規模な申請にはより高い料金を課したり、衛星軌道の申請時に企業に最初に支払いを求め、衛星のサービスが終了した後に「デポジット」を回収する「デポジット徴収」方式を採用するなどの参考アイデアも提案した。

企業や政府が無作為の申請を行うことが防止される限り、限られた衛星軌道資源はより有効に活用されるでしょう。同時に、ITUは関係者全員の真意をより明確に把握できるようになり、将来の衛星数を予測し、それに応じた軌道や周波数の取り決めを行えるようになり、最終的には衛星間の無線周波数干渉や衝突のリスクを軽減できる。

軌道上に散らばっている退役した衛星の模式図 |出典: 欧州宇宙機関

また、米国連邦通信委員会（FCC）による衛星の管理強化も注目に値する。昨年、FCCは衛星の「その後」の適切な取り扱いを義務付ける新しい規則を可決した。これは、低軌道衛星は、地球軌道上で制御不能なゴミになるのを避けるために、運用者によってミッション終了後5年以内に清掃されなければならないことを意味している。

これは単なる話ではありません。最近、アメリカのテレビ会社ディッシュが、この新しい規制に基づいて処罰を受けた最初の衛星放送事業者となった。ディッシュは、同社が運用していた衛星が退役時に「墓場軌道」へ移動するのに十分な燃料を持っていなかったとして、15万ドルの罰金を科せられた。数字は大きくないが、同社の株価は急落し、時価総額は1億ドル減少した。

規制がより詳細になるにつれて、宇宙ゴミの清掃に対する需要は将来大幅に増加すると業界では考えています。実際、宇宙ゴミの除去は近年の商業航空宇宙分野における起業の方向性の一つとなっている。これらの提案と新しい規制は、より秩序があり慎重に管理された宇宙の時代を示唆しています。

将来の宇宙管理に関して、現在最も緊急に行うべきことは、何百万もの「紙の」衛星に対処することです。前述の記事の著者は、「地球の軌道は人類全体の限られた資源であり、私たちはそれをしっかりと維持する必要がある」と述べています。

参考文献

[1] https://theconversation.com/over-the-past-6-years-governments-proused-launching-over-one-million-satellites-but-where-will-they-all-go-215979

[2] https://www.space.com/million-satellites-congest-low-earth-orbit-study-shows

[3] https://www.astronomy.com/science/study-satellite-traffic-jam-calls-for-urgent-changes/

[4] https://adf-magazine.com/2022/08/rwanda-plans-to-launch-satellite-constellations/

[5] https://phys.org/news/2023-10-itu-tighten-orbit-satellites.html

[6] https://www.space.com/how-many-satellites-fit-safely-earth-orbit

[7] https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2221343120

この記事は科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けています

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司

特別なヒント

1. 「Fanpu」WeChatパブリックアカウントのメニューの下部にある「特集コラム」に移動して、さまざまなトピックに関する人気の科学記事シリーズを読んでください。

2. 「Fanpu」では月別に記事を検索する機能を提供しています。公式アカウントをフォローし、「1903」などの4桁の年+月を返信すると、2019年3月の記事インデックスなどが表示されます。

著作権に関する声明: 個人がこの記事を転送することは歓迎しますが、いかなる形式のメディアや組織も許可なくこの記事を転載または抜粋することは許可されていません。転載許可については、「Fanpu」WeChatパブリックアカウントの舞台裏までお問い合わせください。