NASAは、国際機関や民間企業など、様々なパートナーと共に、小型宇宙ステーションの建設という壮大な計画を立てています。「ルナ・ゲートウェイ」と呼ばれるこの計画は、月面および月周回ミッションの支援と、科学研究のための独自のプラットフォームとなる予定です。この計画が進む宇宙ステーションについて、そしてそれが宇宙探査における新たな飛躍をどのように実現するのかについて、知っておくべきことをご紹介します。
私たちは人類を月面に送り込み、低軌道に宇宙ステーションを建設し、火星に探査機を着陸させ、さらには太陽系の外縁部へ宇宙船を送り出しました。確かに素晴らしい成果ですが、天体に関するやるべきことは山ほど残っており、中でも月周回基地の建設は特に重要です。まだ実現できていないのは、明らかな欠落のように思えますが、それが今の私たちの現状なのです。
月面宇宙ステーションはなぜ必要なのでしょうか?
来たるアルテミス計画の時代が到来し、NASAはついにそのような施設を建設する口実を得た。まあ、口実というのは適切な言葉ではないかもしれない。NASAが月面およびその周辺地域に持続的な有人居住地を構築するという目標を掲げていることを考えると、月面宇宙ステーションの建設はむしろ必要不可欠と言えるだろう。NASAは2026年までに男女を月面に着陸させることを目指しているが、今回のアルテミス3号ミッションは氷山の一角に過ぎない。
アルテミス計画では、月面居住施設、与圧ローバー、そして機敏な月面地形車両で構成されるアルテミス基地キャンプの建設計画が進行中です。これにより建設されるインフラは月面探査をさらに促進するだけでなく、これらのミッションで得られる経験と技術は、人類にとって次なる大きな飛躍、すなわち火星への有人ミッションを可能にするものです。しかし、月面宇宙ステーションがなければ、これらはすべて実現不可能です。
NASAが2018年の覚書で説明したように、ルナ・ゲートウェイは「人類の宇宙探査目標の推進と維持の中核であり、人類の地球と月の間の活動（地球と月の間の領域を指す）、月面へのアクセス、火星へのミッションのためのアーキテクチャにおける統合的な単一の出発点です。」月周回軌道に乗ると、国際宇宙ステーションの6分の1のサイズの多目的ゲートウェイは、月面への有人ミッションのサポート、科学研究のプラットフォーム、および近くの小惑星や彗星を調査するためのロボット探査機を含む、宇宙のより深くへのミッションを展開するための拠点を提供します。
月のゲートウェイはどこに設置されるのでしょうか?
現在の計画では、ゲートウェイを近似直線ハロー軌道（NRHO）に配置する予定です。この燃料効率の高い軌道は、地球と月によって生じる中立重力点を活用します。NRHOは重力的に安定していることに加え、軌道上の前哨基地に地球への連続的な見通し線を提供し、ゲートウェイの乗組員と地球の地上局との間の遮るもののない通信を可能にします。
NRHOは非常に楕円形であるため、欧州宇宙機関（ESA）によると、月への最接近時には約3,000キロメートル（1,865マイル）まで接近しますが、その後7万キロメートル（43,500マイル）まで遠ざかってから再び月に戻ります。周回軌道は約1週間かかります。
CAPSTONE探査機は6月28日に打ち上げられ、2022年11月にこの月周回軌道に入りました。この小型衛星は、人類が初めてこの軌道に到達した物体となりました。CAPSTONEは、このハロー軌道がゲートウェイにとって適切かどうかをテストするとともに、新たな宇宙船間通信能力のテストも行っています。
月面ゲートウェイはどのように建設されるのでしょうか?
NASAはゲートウェイ計画の実現に向けて、国際パートナーと民間パートナーの両方と提携し、2023年度予算から7億7900万ドルをこのプロジェクトに割り当てています。NASAとSpaceXは強力なロケットを保有していますが、完成済み（あるいは部分的にでも）の宇宙ステーションを打ち上げるための手段は存在しません。そのため、他の宇宙ステーションと同様に、ゲートウェイも宇宙空間で段階的に建設される必要があります。
第一段階では、極めて重要な2つの要素、すなわち電力と推進力を提供するモジュールと、人間の活動を支援するモジュールを統合します。ゲートウェイでは、これらのコンポーネントは電力・推進要素（PPE）と居住・補給拠点（HALO）と呼ばれています。NASAは、2025年以降にSpaceXのファルコン・ヘビーロケットを1回打ち上げ、PPEとHALOを同時に打ち上げることを計画しており、その費用は3億3,180万ドルです。今後の打ち上げでは、新しいコンポーネントの追加や貨物の輸送など、ゲートウェイの支援が行われます。
Lunar Gateway の大きさはどれくらいですか?
最初の5つの要素は、PPE、HALO、通信・接続モジュール、科学・エアロックモジュール（UAEのムハンマド・ビン・ラシッド宇宙センターで製造予定）、ロジスティクスモジュール（食料や物資を保管）、そしてロボットアームで構成されます。これらの要素を合わせると、総重量は40トンになります。これは控えめなスタートですが、これらのコアコンポーネントは、将来的により大きな宇宙ステーションを建設するための基盤となるでしょう。
欧州宇宙機関（ESA）によると、ゲートウェイは4人の宇宙飛行士を90日間滞在させる予定だ。HALOモジュール1つだけでは宇宙飛行士を収容するのに十分なスペースが確保できないため、ESAが新たに建設する居住モジュールが必要となる。2つのモジュールを連結すると、4,414立方フィート（125立方メートル）のスペースが確保され、これは2階建てバス1台分に相当する。
月面宇宙ステーションの構成要素は何ですか?
PPEは、50キロワットの太陽光発電推進宇宙船で、電力、高速通信、姿勢制御や軌道遷移などの操縦能力を提供します。2019年、コロラド州のマクサー・テクノロジーズは、PPEの開発・製造に関してNASAと3億7500万ドルの非固定契約を締結しました。このモジュールは、太陽光パネルを使用して、前哨基地に必要な電力を生成します。
NASAは、居住可能な与圧モジュール「HALO」の製造をノースロップ・グラマン社に委託しました。バージニア州に本社を置く同社は、2021年7月にNASAと9億3500万ドルの固定価格契約を締結しました。HALOは、ノースロップ・グラマン社が既に保有する貨物輸送機「シグナス」をモデルに設計されています。HALOは直径はシグナスと同じですが、全長は20フィート（6.1メートル）で、乗組員を収容するために約3フィート（1メートル）長くなります。
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HALOは、宇宙飛行士の生活、仕事、研究、そして睡眠のための場所を提供します。乗組員はここで科学実験を行い、地上クルーを地表に派遣し、地球の地上局と通信を行います。居住モジュールには司令管制局が設置され、有人宇宙船（特にオリオン）、月着陸船、補給ミッションの発着を支援するためのドッキングポートも設置されます。基本的な生命維持機能には、酸素のリサイクルと飲料水の生成が含まれます。当然のことながら、HALOは追加の居住施設を接続することも可能であり、今後数年、そして（願わくば）数十年かけてゲートウェイを拡張する計画となっています。
宇宙航空研究開発機構（JAXA）は、PPEの太陽電池パネル展開前および日食時にHALOに電力を供給するために必要なバッテリーを提供します。カナダアーム3は、カナダ宇宙庁（CSA）がゲートウェイに提供するものです。このスマートロボットシステムは、長さ28フィート（8.5メートル）のアーム、より小型で機敏なアーム、そして一連の取り外し可能なツールで構成されます。
ESAは、軌道基地と地上で作業するチームを結ぶ高速データ通信機能を提供します。ESPRIT（欧州燃料補給・インフラ・通信システム提供システム）と呼ばれるこのモジュールは、追加の燃料と科学ペイロード用のエアロックも提供します。2029年に予定されているアルテミス5ミッションで打ち上げられるESPRITには、国際宇宙ステーションのキューポラ観測所に似た窓が設置されます。
ESAとJAXAは、I-Hab（国際居住モジュール）と呼ばれる2つ目の居住モジュールの開発も担当しています。このモジュールは、乗組員の生活、作業、そして科学研究のためのさらなるスペースを提供します。このモジュールはタレス・アレニア・スペース社によって建造されており、アルテミス4号ミッションの一環として2028年にゲートウェイに到着する可能性があります。
こんなに遠く離れた宇宙ステーションをどのようにサポートできるのでしょうか?
月は平均距離239,200マイル（385,000キロメートル）と、決して近いとは言えません。宇宙飛行士のミッションを支える上で、物流は鍵となります。これはゲートウェイ計画のパートナー企業にとっても重要な課題です。さらに、深宇宙へのサプライチェーン提供の経験は、将来の火星ミッションにも活かせる可能性があります。
2020年、NASAはSpaceXをゲートウェイ物流サービス契約を獲得した米国初の民間プロバイダーとして発表した。この契約に基づき、イーロン・マスク率いる同社は月面宇宙ステーションに貨物やその他の物資を配送することになる。
SpaceXは、加圧貨物と非加圧貨物の両方を前哨基地に輸送する必要があります。NASAは、有人アルテミス計画の各ミッションにつき1回の輸送が必要になると見積もっています。SpaceXは、ドラゴンXL宇宙船をファルコン・ヘビーロケットに搭載して打ち上げます。ドラゴンXLはドラゴンの大型版で、ゲートウェイに6～12ヶ月間ドッキングした状態で飛行します。SpaceXによると、ドラゴンXL1機で5トン以上の貨物を輸送できるとのことです。
JAXAも物流支援への参加を検討しています。同宇宙機関は現在、HTV-X貨物宇宙船をゲートウェイ補給ミッションに適したものにするための改良を検討しています。興味深いことに、SpaceXが開発中のStarshipロケットも物流目的で使用される可能性があります。
ゲートウェイではどのような科学研究が行われるのでしょうか?
たくさんあります。月と惑星の科学が最も明白ですが、ゲートウェイの視点は地球科学、太陽物理学、そして天体物理学にも役立ちます。NASAが述べているように、「地球、太陽、月、そして宇宙の広範囲にわたる観測は、地球表面や地球軌道からは不可能です」。この観測によって、「基礎物理学の研究」が可能になります。
ゲートウェイ計画のパートナーは既に3つの科学機器を選定している。NASAのHERMES（太陽物理学環境・放射線測定実験装置）とESAのERSA（欧州放射線センサーアレイ）は、ステーションの外部に設置され、太陽からの放射線と宇宙天気を監視する。3つ目の機器であるIDA（内部線量計アレイ）は、ESAとJAXAが開発中で、NASAによると、「放射線遮蔽効果の研究を可能にし、がん、心血管系、中枢神経系への影響に関する放射線物理モデルを改善し、探査ミッションにおける乗組員のリスク評価を支援する」という。
ゲートウェイミッションは宇宙飛行士にとって危険でしょうか?
宇宙へのあらゆるミッションと同様に、危険が伴います。ゲートウェイは地球低軌道と地球磁気圏の外に位置しているため、ISSに搭乗する宇宙飛行士よりも、乗組員は有害な太陽放射線や宇宙放射線の影響を受けやすいのです。
国際分子科学誌「International Journal of Molecular Sciences」に掲載された2021年の研究によると、「低軌道による保護を離れると、宇宙飛行士は微小重力などの他のストレス要因に加えて、必然的により高い宇宙放射線の累積線量にさらされることになる」という。「免疫調節は放射線と宇宙飛行の両方の影響を受けることが知られており、深宇宙で遭遇する長期的な影響が健康に悪影響を及ぼすかどうかはまだ分かっていない」。この研究によると、低軌道外で予想される放射線は、細胞のミトコンドリアに損傷を与え、DNA修復にも長期的な影響を及ぼす可能性がある。NASAは次のように述べている。
月や火星へのミッションでは、人体への放射線の影響ははるかに大きくなります。高エネルギーの荷電粒子への曝露は、がんリスクの増大、運動機能や行動の変化、組織の変性といった健康への悪影響を引き起こす可能性があります。さらに、宇宙飛行士が宇宙で安全に生活し、移動するために頼りにしている乗り物や機器への損傷のリスクも懸念されます。
しかし、公平を期すために言うと、ゲートウェイでの長期滞在中に宇宙飛行士がどの程度影響を受けるかは、まだ完全には分かっていません。アポロ計画でも同様に宇宙飛行士は宇宙放射線に曝露されましたが、これらのミッションは11日間以内でした。ゲートウェイの長期滞在ミッションは90日間以上続く可能性があり、これは長期的な健康影響を引き起こす可能性が高い期間です。したがって、科学者はゲートウェイから帰還する乗組員を注意深く観察し、潜在的な健康被害を評価する必要があります。この研究は、有害な影響を最小限に抑えるための将来の取り組みに役立てられるでしょう。
今後数十年で、Lunar Gateway はどのようになるでしょうか?
NASAの目標は、月に到達し、そこに滞在することです。そのためには、完全に堅牢で機能的な月面宇宙ステーションが必要となるため、ゲートウェイは今後拡張していくと予想されます。興味深いことに、ゲートウェイはNASAが提案する深宇宙輸送システムの拠点としても機能し、そこから火星へのミッションを打ち上げることができます。また、ゲートウェイは地球近傍天体の脅威を追跡するためにも使用される可能性があります。
その可能性は非常に大きく、ゲートウェイをどのように活用すれば私たちのニーズに応え、太陽系、さらには太陽系外へと活動範囲を拡大できるのかは、時が経てばわかるでしょう。
