天舟6号の「大きなお腹」はこれまでのものとどう違うのでしょうか？

5月30日午前9時、神舟16号有人宇宙船が長征ロケットで打ち上げられた。

我が国の有人宇宙計画における初の有人飛行ミッションとして、宇宙ステーションの応用と開発段階に入った神舟16号と天舟6号貨物宇宙船は、半月以上前に成功裏に打ち上げられ、一方は人を、他方は物資を運び、中国の宇宙輸送の「双峰」と言える。

貨物宇宙船は天と地の間を行き来する「宇宙の運び屋」です。主に宇宙ステーションに推進剤、燃料、食料などを運び、宇宙ステーション内の廃棄物も一緒に回収します。最終的には廃棄物とともに大気圏で燃え尽き、人類から最も遠い地球上の海域に落下することになります。

我が国は現在、天舟1号から天舟6号まで計6機の貨物宇宙船を打ち上げています。

天舟6号は、現在運用されている世界最大の貨物宇宙船であり、天舟6号から天舟11号まで一括して製造された最初の貨物宇宙船でもある。これは、同じバッチの宇宙船の技術の検証と、後続の宇宙船の量産にとって大きな意義があります。

天舟6号の打ち上げ成功おめでとうございます（出典：ウォーターマーク）

これまでの5機とは異なり、天州6号は輸送から電力システム、積載量に至るまで、さまざまな面で改良と革新が行われた。このユニークな「大きなお腹」は、国に数億元の節約をもたらします。

軌道上の天舟6号貨物宇宙船のシミュレーション

出典：新華社、画像提供：中国航空宇宙科学技術第八アカデミー

さまざまな交通手段

天舟6号が発射場まで輸送される際、キャビンは直立した状態だったが、最初の5機の天舟は横たわった状態だった。

最初の5機の天舟宇宙船が建造された後、スタッフは船外活動機器を分解し、キャビンと船外活動機器を別々に発射場に輸送し、設置とテストを行った。このような時間と労力を要する作業は、貨物宇宙船の研究開発の初期段階に適しています。

効率を上げるため、研究者らは天舟6号のキャビンを直立した状態で輸送し、太陽電池以外のすべての船外機器をキャビンと一緒に輸送することにした。これにより、目的地に到着後、簡単なインストールとテストを行った後に起動できるようになります。

輸送中の天舟6号の直立状態から、その梱包とルートが異なっていることがわかります。研究者らは天舟6号のために新型の柔軟な船体カバーを開発した。これは高温、多湿、高塩霧環境が宇宙船に与える影響を遮断するだけでなく、雨、ほこり、雷、汚染も防ぐことができる。また、キャビン梱包箱はアルミ合金製で、空調、振動低減、自動排気、検査・制御システムなどが搭載されています。

天舟6号は文昌発射場へ輸送中（画像出典は透かしを参照）

さらに、天州6号梱包箱には4つのファンが装備されており、梱包箱内の窒素が均等に分散され、箱内の気圧が外気圧よりも高くなるようにし（均等に分散された純窒素の密度は空気の密度よりもはるかに大きいため）、海からの塩水噴霧が梱包箱に入り、キャビンと製品を腐食するのを防ぎます。塩水噴霧とは、主に風や波が海岸に打ち寄せることなどによって泡が破裂して形成される、海中の空気中の塩分を含んだ微小な液滴を指します。塩水噴霧腐食は、金属や合金の保護層を損傷したり、機械的強度を低下させたり、電子部品や電線の電源ラインを遮断したりする一般的な大気腐食です。

垂直キャビンは約96立方メートルの面積を占めるため、輸送方法は洗練されたものでなければなりません。この目的のために、R&D チームは陸と海からのアプローチを採用しました。カプセルは北京の工場で製造された後、陸路で天津港に輸送され、そこから海路で海南省の文昌宇宙発射センターに輸送される。これまでの航空輸送よりも 10 時間以上長くかかりますが、直立した客室にとっては間違いなく信頼性が高く、安全です。

異なる電力システム

電源システムは天舟6号が天と地の間を移動するためのエネルギーを供給し、かけがえのない役割を果たしています。

この目的のために、研究者と開発者は2019年から天舟6号の電力システムの改良に取り組んできました。3年以上の探究を経て、ついに宇宙での軌道上運用により適したソーラーウィング動作モードを開発しました。

太陽の入射角が小さく、日光が少ない場合、太陽電池パネルは「半スリープ」状態に入り、システムは中国の宇宙ステーションからエネルギーを供給される。太陽の入射角が十分に大きく、日光がたっぷりある場合、太陽電池パネルは「半スリープ」状態から起動し、太陽光からエネルギーを得て貨物船の運行を確保します。

このモードは柔軟性と多様性に富み、地球上の宇宙環境を最大限に活用してエネルギーを得ることができます。 1日に発電される電力量は一般家庭の半月分以上を賄うのに十分であり、天舟6号が「物資を運ぶ」のに必要な電力と、宇宙飛行士が軌道上に留まり作業を遂行するのに必要な電力の供給を保証する。

天舟6号機の電力構成および関連データ（出典：上海航空）

特筆すべきは、天州 VI から天州電力システムの主要コンポーネントが 100% 現地化されており、以前の天州電力コンポーネントより 15% 増加していることです。この動きは、電力供給の信頼性を向上させ、コストを削減し、アップリンク遠隔制御とダウンリンク画像およびペイロードデータのニーズを満たすだけでなく、中国国民の信頼を大きく高めます。

異なる積載容量

輸送、客室状態、梱包、電源システムの面で、天舟6号の積載量はこれまでの5機の天舟に比べて大幅に向上しました。

他の5機の「天舟」宇宙船と同様に、天舟6号も2つの客室に分かれている。 1 つは貨物室（密閉室とも呼ばれる）で、物資の輸送を担います。もう1つは推進キャビンで、飛行ミッションを実行し、推進剤を充填し、宇宙船に電力とエネルギーを供給します。当然のことながら、宇宙船の積載能力を向上させるには、まず 2 つのキャビンから始める必要があります。

天舟6号の貨物室と推進室のシミュレーション（出典：上海航空）

まず、宇宙ステーションにおける推進剤の需要が減少し、推進キャビン内のスペースが広くなりました。これまで、中国の宇宙ステーションは建設中だったため、推進モジュールのほとんどのスペースには建設用の推進剤が充填されていました。中国の宇宙ステーションは2022年末に完成し、燃料の需要が減少し、推進モジュール内のスペースが大きくなった。これまで天舟の推進室には8つの推進剤タンクがあったが、天舟VIからその数は4つに調整された。

2つ目は、一部の機器を推進室に移設し、貨物室のスペースを拡大することです。天舟6号が一度に輸送できる物が多いほど、経済的で能力も高くなります。貨物倉の大きさは天舟6号の積載能力を示す主な指標である。貨物室の容積が増加することで、打ち上げ回数が減り、ミッション能力が向上します。

貨物室の容積が大きくなれば、当然のことながら、より長期間にわたり、より十分な物資を宇宙飛行士に供給できるようになります。推進モジュールのうち、元々燃料を保管していた部分には現在、元の貨物室にあった約 30 セットの機器や計器を保管するために使用されています。貨物室の容積は20％拡大し、積載量は1.2トン増加しました。以前は密閉された船倉で5.5トンの貨物を輸送できましたが、現在は6.7トンを輸送できます。このようにして、最終的に70キログラムの新鮮な果物（天舟5号が運んだ果物の量の約2倍）を中国の宇宙ステーションの宇宙飛行士に「持ち帰る」ことが可能になった。

統計によると、天舟6号密閉船室の貨物積載スペースの増加に伴い、船全体の資材積載量は6.9トンから7.4トンに増加し、上昇（上昇）貨物比率は0.51から0.53に増加した。貨物比率とは、宇宙船の総重量に対する搭載貨物の重量の比率を指します。貨物積載量比率が高いほど、宇宙船は貨物を運ぶ効率が高くなります。天舟6号のアップリンク積載量対貨物量は0.53に達し、現在運用中の貨物宇宙船の中で最も強力な積載能力を備えていることを意味する。

天舟宇宙船のコスト見積もり（出典：上海航空）

国際宇宙ステーションでは、毎年約8回の貨物打ち上げが必要です。最初の5回の天舟ミッションに基づく計算によれば、中国の宇宙ステーションは年に2回の補給が必要だ。しかし、天舟6号の積載能力に基づくと、2年に3回の補給任務で需要を満たすことができ、これは年間0.5回の補給任務の節約を意味する。貨物宇宙船1機あたりのコストが約3億5000万人民元であることから、国は毎年1億7500万人民元を節約できることになる。この観点から見ると、天舟6号は世界で最も費用対効果の高い「ビッグベリー」である可能性があります。

参考文献:

1. 「天舟宇宙船『アップグレード版』が宇宙ステーションの新たな段階を開く」人民日報、2023年5月22日

2. 「夢を持って世界を旅する」劉世瑶、于思南著、人民日報、2023年5月11日

3. 「天州、中国の宇宙フェリー貨物船」、著者：劉浩池、「航空宇宙知識」2021年6号

著者：魏徳勇、広東省深圳作家協会会員