NASAがISSを破壊する計画の詳細な分析

国際宇宙ステーション（ISS）は、あと数年で退役が迫る中、その日数を数えています。20年以上にわたり、この宇宙ステーションは低軌道上の宇宙飛行士たちの拠点として機能してきましたが、まもなく大気圏に突入し、象徴的な遺産の小さなかけらを残して、その終焉を迎えます。

NASAは、愛する宇宙ステーションを2030年に軌道から離脱させる計画を練っています。この計画では、ステーションを地球の大気圏に送り込み、再突入時の熱でステーションの大部分を燃え尽きさせます。NASAは国際的なパートナーと共に、いくつかの選択肢を検討し、実現可能性とコストに基づいて絞り込みました。長年の努力を経て、NASAは民間企業に宇宙ステーションを炎の死へと導く宇宙船の設計を依頼することを決定しました。

国際宇宙ステーション（ISS）は、宇宙における最大の人工構造物という記録を持つ巨大な宇宙船です。全長357フィート（109メートル）と、サッカー場とほぼ同じ広さで、軌道から外される物体としては史上最大となります。ISSの降下は容易ではなく、残りの部品を居住地域から遠く離れた場所に確実に着陸させることが重要な課題となります。NASAとそのパートナーが、この歴史ある宇宙ステーションを最終的な安息の地へとどのように降下させる計画を、以下に詳しくご紹介します。

NASAはなぜISSを放棄するのか？

NASAとそのパートナーは1998年に宇宙ステーションの建設を開始しました。ISSは、地球上でもしばしば利用されている微小重力環境における科学研究や新技術の実証のための重要なプラットフォームとして機能してきました。ISSは国際協力と平和の象徴であり、米国、ロシア、欧州、日本、カナダの宇宙機関間の連携を示しています。18カ国から数百人の宇宙飛行士を受け入れ、270回以上の船外活動を完了させています。

残念ながら、良いものには必ず終わりが来ます。ISSは老朽化が進み、宇宙滞在による消耗が大きな負担となっています。重要なのは、ISSの退役によって低軌道の商業利用が進むということです。民間企業が独自の宇宙ステーションを設計し、ISSの閉鎖後にその役割を引き継ぐことになるでしょう。

ロシアは、軌道上に自国の宇宙ステーションを建設する間、2028年までISSへの宇宙飛行士派遣を継続することに同意しました。ISSは開設以来、少なくともNASAの宇宙飛行士1名とロスコスモスの宇宙飛行士1名を継続的に受け入れてきました。長年にわたり、ロシアのソユーズ宇宙船とプログレス宇宙船は、ISSへの数多くの有人・貨物ミッションを実施してきました。ロシア宇宙機関はISSを離れる際にこれらの宇宙船を持ち去る可能性が高いため、NASAはISSの廃止作業において主要なパートナーを失うことになります。

宇宙ステーションは解体が現実的ではないため、破壊されることになる。「この宇宙ステーションは、再び解体されることを想定して設計されたものではありません」と、オランダのデルフト工科大学の宇宙力学講師、マルコ・ラングブルック氏はギズモードへのメールで述べた。「現在の計画が唯一の選択肢だと思います」

宇宙ステーションの初期組み立てには、NASAの退役したスペースシャトルを使った27回のミッションが必要でした。ISSを少しずつ分解するには、NASA、国際宇宙機関、そして宇宙飛行士による多大な労力に加え、部品を地球に帰還させるのに十分な大きさの宇宙船が必要になります。

NASAは最近の報告書で、「個々のコンポーネント（モジュールなど）を安全に切り離して返送するための解体作業は、物流と財政の面で大きな課題に直面するだろう。少なくとも宇宙ステーションの乗組員による同等数の船外活動、地上支援要員による綿密な計画、そして現在は存在しないスペースシャトルの大型貨物室と同等の機能を備えた宇宙船が必要になる」と記している。

宇宙機関は、ISSから持ち出された小型の物品の保存計画を策定中であると付け加えた。これは非常に理にかなっている。ISSには保存する価値のある記念品や遺品が溢れているからだ。

破滅への道

NASAとそのパートナーは、制御不能な再突入で宇宙ステーションが地球に向かって転がり落ちるのを許すのではなく、残りのデブリの着地地点として、人里離れた海域を目標とする必要がある。軌道上デブリ軽減の標準的な手順では、人的被害リスクは1万人に1人未満とされている。

軌道離脱のプロセスが始まる前に、ISSは地球に持ち帰ることができるすべての移動可能な物資を空にする必要があります。ISSの宇宙飛行士も軌道離脱前に宇宙ステーションから避難する必要があり、軌道上の実験室は数十年ぶりに空っぽになります。誰かが（もちろん、それが誰なのかは分かりませんが）、その居心地の良い空間に留まる最後の宇宙飛行士となるでしょう。

制御された再突入は常に宇宙船の軌道を下げることから始まります。再突入の第一歩は、ISSを海抜約400キロメートル（250マイル）の位置に保つための定期的な軌道上昇噴射を停止することです。ラングブルック氏によると、最終的にISSの軌道は250キロメートル（150マイル）以下に低下します。大気抵抗によって引き起こされるこの自然な軌道低下により、ISSが徐々に降下するにはおそらく数ヶ月かかるだろうと彼は説明しました。

SpaceXの要因

次のステップとして、NASAはSpaceXに新たな軌道離脱機の設計を委託しました。この機体はISSにドッキングし、一連の軌道離脱噴射を実施してISSの軌道をさらに下げます（NASAは以前、ロシアのプログレス貨物宇宙船を用いてISSの軌道離脱を行うことを提案していましたが、現在は検討されていません）。3月にNASAは2024年度予算案を発表し、2030年末までにISSの軌道離脱能力を開発するための1億8000万ドルを計上しました。当時、NASAはISSタグの費用を総額約10億ドルと見積もっていました。

最近SpaceXに授与された契約額は8億4,300万ドルで、この契約には宇宙船の開発費は含まれるものの、打ち上げ費用は含まれていない。同社は宇宙タグの設計詳細を明らかにしておらず、ドラゴン宇宙船を再利用するのか、それとも全く別の宇宙船を建造するのかについても明らかにしていない。この法外な価格のタグは使い捨ての宇宙船であり、軌道離脱ミッションを耐えることはできない。NASAは「SpaceXは軌道離脱宇宙船を開発し、開発後はNASAが所有権を取得し、ミッション全体を通じて運用する」と述べている。「このタグは、宇宙ステーションと共に、再突入プロセスの一環として破壊的に分解することが予想される」

安全かつ制御された再突入

ISSは、最新のタグボートの助けを借りて、再突入地点を正確に特定するために、大規模な再突入噴射を実行する必要があります。これにより、デブリの影響を最小限に抑えながら、大気圏を制御された降下が可能になります。ドイツの衛星航空力学企業、ハイパーシャル・テクノロジー・ゲッティンゲンのマネージングディレクター、トビアス・リップス氏によると、ISSが大気圏に適切に捕捉されるためには、宇宙船を楕円軌道、つまり楕円形の軌道に乗せるのに十分な推力が必要です。

「もし近地点高度（最低高度）をほぼゼロにまで下げるほどの強力な操作があれば、地上での破片の分布に関する不確実性はそれほど重要ではなくなります」とリップス氏はギズモードに語った。「もし近地点高度を高く設定するなら、あらゆる不確実性を含めた着水可能範囲はどんどん広くなるのです。」

再突入の専門家は、ISSの約40%が大気圏を通過する際の高温の旅を生き延びると推定しているが、NASAは着水地点を十分に管理できるとしている。宇宙から相当量の物質が落下する可能性はあるものの、居住地域の近くに落下する可能性は低いだろう。

アイコンの破壊

ISSは時速17,500マイル（時速28,000キロメートル）に達する速度で大気圏に突入します。ラングブルック氏によると、ISSが高度60マイル（100キロメートル）を下回ると、崩壊が始まります。致命的な急降下の間、この有名な構造物は歪み始め、そのおなじみの輪郭は少しずつ崩壊し、金属は圧力に耐えきれず曲がっていくでしょう。

「太陽電池パネルやアンテナといった外部部品がまず破損し、その後、宇宙ステーションの主要構造が破片に分解されるでしょう」とランブルック氏は述べた。「そのほとんどは燃え尽きますが、ドッキングポートやトラス構造の一部など、より密度が高く重量のある重要な部品はおそらく生き残るでしょう。」

ISSの再突入を生き延びる部品は、その総質量の10%から20%を占める可能性が高い。これは18万ポンド（81,646キログラム）以上の物質に相当し、だからこそ制御された再突入が重要なのだ。当たり前のことのように思えるかもしれないが、宇宙船が小型であればあるほど、再突入時に生き延びる破片の数は少なくなる。リップス氏の説明によると、小型の物体はより高温になり、コンパクトなため再突入時に崩壊する可能性が高くなる。一方、大型の物体は完全に崩壊しにくいため、完全に崩壊するのは困難だ。

ISSの残骸は、南太平洋の「宇宙船の墓場」と呼ばれる空域に落下する。その海底には、多くの運用停止となった衛星（2001年に地球に墜落したロシアのミール宇宙ステーションも含む）が埋もれている。ポイント・ネモと呼ばれる太平洋の辺境地は、ニュージーランドと南米の間に位置し、陸地から最も遠い場所となっている。