【連載】

スペースXの「ファルコン9」ロケットはなぜ爆発したのか

1 なぜロケットの試験で人工衛星をも失うことになったのか

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9月1日(日本時間)、米国の宇宙企業スペースXの「ファルコン9」ロケットが、打ち上げに向けた試験中に爆発する事故が発生した。この事故によりロケットは完全に破壊され、ロケットの先端に搭載されていたイスラエルの人工衛星「アモス6」も喪失。さらに発射台も大きな被害を受けた。

9月7日現在、事故の原因や今後の影響については調査中で、はっきりとしたことはまだわかっていない。本連載では、今回の事故の状況を整理、解説するとともに、原因調査や打ち上げ再開までの動きを追っていく。

事故を起こし、黒煙を上げるファルコン9ロケット (C) U.S. Air Force

ファルコン9ロケット(過去に打ち上げられた別の機体のもの) (C) SpaceX

何が起きたのか

「ファルコン9」ロケットはスペースXが開発した大型ロケットで、2010年から打ち上げが始まった。これまでに28機が打ち上げられており、2015年6月の19号機で失敗した以外は、順調に成功を続けていた。ただし6号機以降では機体やエンジンを大幅に改良したロケットが使われており、さらに20、22号機からは、その改良型にさらなる改良を加えたロケットを使用している。

今回、事故を起こした29号機は、イスラエルの衛星通信会社スペースコムの通信衛星「アモス6」を打ち上げる予定だった。

事故が起きたのは、2016年9月1日22時7分ごろ(日本時間)のことで、この日ファルコン9はフロリダ州にあるケイプ・カナヴェラル空軍ステーションの第40発射台において、2日後の9月3日に予定していた打ち上げに向けて、「スタティック・ファイア・テスト」と呼ばれる予行練習を行っていた。この試験では、締めくくりにロケット・エンジンを数秒間だけ噴射することになっており、そのため当初はエンジン点火時に爆発したのではとも言われた。

しかしスペースXによると、事故が起きたのはこのエンジン燃焼試験が実施される約8分前のことだったという。その時点ではまだロケットに推進剤(ロケットの燃料と酸化剤)を注入している最中なため、エンジンに火がつくようなことはない。

またスペースXは、問題が発生したのはロケットの第2段機体の液体酸素タンク付近であったとしている。その後公開された映像からも、それが明確に見て取れる。ただ、原因がロケット側にあったのか、それとも発射台の施設側にあったのかはまだわかっていない。

<ファルコン9の事故当時の様子を撮影した動画 (C) USLaunchReport>

スペースXによると、この事故によるけが人などは出ていないという。またケイプ・カナヴェラル空軍ステーションを管轄する米空軍第45宇宙航空団も、負傷者がいないこと、安全確保に努めていることを発表している。また、事故が起きた第40発射台以外の、ケイプ・カナヴェラル空軍ステーションの他の施設や、隣接する米国航空宇宙局(NASA)のケネディ宇宙センターの施設などへの損傷も、今のところ確認されていないという。

スタティック・ファイア・テストとは何か

今回の事故で焦点となっている「スタティック・ファイア・テスト」(Static Fire Test)とは、ロケットに推進剤を入れたり、運用チームを管制室に詰めるなどして、実際の打ち上げ当日とほぼ同じ状況をつくりだし、ロケットや発射台の機能、打ち上げまでの手順を確認するために行う試験で、同社のロケットでは毎回行われている。

通常は打ち上げ日の数日前に行い、その後一旦ロケットを格納庫に戻すと共に、試験で得られたデータを分析し、打ち上げが可能かどうかを判断する「打ち上げ準備完了審査」(Launch Readiness Review)を行う。そして審査を通過すれば、再びロケットを発射台に移し、打ち上げ本番となる。

ちなみにほかのロケットでも「ウェット・ドレス・リハーサル」(Wet Dress Rehearsal)という呼び名で同様の試験が行われることがある。Dress Rehearsalという言葉には「舞台稽古」という意味があり、それに液体の推進剤を使うことでWetが付け足され、こうした名前になっている。ちなみに日本のH-IIAロケットでは「極低温試験」と呼んでいる。

ただ、ウェット・ドレス・リハーサルを行うにもコストがかかるため、多くのロケットではある程度の数を打ち上げ、運用が安定してくると、基本的に実施しないようになる。ここ最近で例外となったのは、9月9日に予定されている米国の小惑星探査機「OSIRIS-REx」の打ち上げで使用する「アトラスV」ロケットだ。アトラスVも数年前からはウェット・ドレス・リハーサルを実施しないことが通常となっているが、OSIRIS-RExの打ち上げ可能期間は1カ月ほどしかなく、本番の打ち上げ直前でロケットにトラブルが出ると目も当てられない。慎重を期すため、また米国航空宇宙局(NASA)の強い要望もあって実施されたという。

過去に行われた別の機体によるスタティック・ファイア・テストの様子 (C) SpaceX

スタティック・ファイア・テストとほぼ同じ試験は、ほかのロケットでもウェット・ドレス・リハーサルとして行われている。写真は8月25日に行われたアトラスVロケットのもの (C) NASA/Kim Shiflett

ただ、スペースXのスタティック・ファイア・テストだけは、試験の最後に、ロケットを固定したまま実際にエンジンを数秒間だけ噴射し、機体やエンジンの健全性を確認するという、ほかにはないことを行う。そのため当初はエンジン点火時に爆発したのではとも言われたが、実際にはエンジン点火の8分も前に起きたため、少なくとも直接的な関係はない。

そしてもうひとつ、スペースXのスタティック・ファイア・テストにあって、ほかのロケットのウェット・ドレス・リハーサルにないことがある。それは試験時に人工衛星を載せるということである。

なぜ、人工衛星を載せた状態で試験を行ったのか

今回の事故で最も非難を浴びているのは、なぜ人工衛星を載せた状態でスタティック・ファイア・テストを行ったのか、という点である。

通常、ほかのロケットウェット・ドレス・リハーサルでは人工衛星を載せることはなく、ロケットは第1段や第2段、あるいはブースターのみの状態で発射台に立てられ試験が行われる。つまり仮に試験中に事故があっても、人工衛星には一切影響は出ない。

ところが、ファルコン9のスタティック・ファイア・テストでは人工衛星を載せた状態で行うことがあり、今回の試験がまさにそのケースだった。そのためほかのロケットでは起こりえない、ロケットの試験中の事故で衛星もろとも失うという事態になった。

スペースXがこのようなリスクが高いと思われる試験を行っていたのには理由がある。SpaceNews紙のPeter B. de Selding氏によると、衛星を積んだ状態で試験を行うことで、打ち上げ準備にかかる時間を約1日短くできるという。打ち上げ前のロケットや衛星は「生もの」のような扱いが必要なため維持費がかかり、さらに人件費もかかる。打ち上げにかかる時間が伸びれば、その分ファルコン9のコストは上がり、それは価格にも影響する。しかし逆にその時間を減らせれば、コスト削減につながる。

加えて、スペースXは現在、フロリダ州のケイプ・カナヴェラルに1カ所、カリフォルニア州のヴァンデンバーグ空軍基地に1カ所の計2カ所の発射場しかもっておらず、またそれぞれロケットを打ち上げられる方角に制限があるため、お互いにお互いを代替することはできない。そのなかで、抱え込んでいる大量の打ち上げ注文をさばくために数週間に1機のペースで打ち上げを続けるには、1日でも早く打ち上げを行う必要があったのだろう。

スタティック・ファイア・テストで衛星を載せるかどうかは、衛星側の顧客が決められるという。つまり「余計なコストと時間を払って衛星抜きでスタティック・ファイア・テストをやるか」、「衛星を積んだ状態でやってコストと時間を節約するか」を選べるという。実際、以前のスカパーJSATの通信衛星「JCSAT-16」などでは、安全性を重視してか、衛星を載せずに試験が行われている。Selding氏によると、衛星を載せた状態での試験が行われるようになった際、打ち上げ失敗時などに備えた保険を販売している会社からはやや懸念する声もあったという。

スペースXの、こうしたスタティック・ファイア・テストに対する姿勢をどう捉えるかは、どの視点に立つかによって変わる。たとえばスペースX以外のロケット関係者からすれば、高価な衛星を載せたまま試験を行うことが無謀に思えるのは当然のことだろう。

ただスペースXにとってみれば、なにせ再使用を考えているほど、ロケット機体やエンジンの耐久性には自信があり、「打ち上げと同じ手順を踏むスタティック・ファイア・テストで爆発するのであれば、実際の打ち上げでも爆発していた。すなわち結果は変わらないのであれば、コストが低減できる方法でやりたい」という論理で判断をしていたとしてもおかしくはない。あるいは毎回の打ち上げで衛星を載せない状態で試験を行うことによるコスト増の合計と、一回ロケットが爆発する"かもしれない"ことで出る損失とを天秤にかけ、リスクを承知のうえで、ロケットの低コスト化が狙える後者を取るという判断もできよう。

実際にスペースXが、これまでどのような判断基準でスタティック・ファイア・テストを行ってきたかは明らかにはなっていないが、少なくともほかのロケットでは起こりえないリスクを抱えた状態での運用を続けてきた背景には、同社にとって明確な、たとえば少なくない利益が得られていたといった理由があったのは間違いないだろう。

しかし、今回の事故のあとも、スペースXが衛星を載せた状態でのスタティック・ファイア・テストを続けるのかどうかは不明である(今回の事故の原因によっても変わるだろう)。しかしおそらく衛星側にとっては、一度こうしたことがあった以上、たとえコストと時間が多くかかろうとも、当面の間は衛星を積まない状態での試験実施を望むことになると考えられる。

2014年に行われた、通信衛星「アジアサット8」の打ち上げに使うファルコン9のスタティック・ファイア・テストの様子。このときは衛星を積まない状態で行われた (C) AsiaSat

(第2回へ続く)

【参考】

・Anomaly Updates | SpaceX
 http://www.spacex.com/news/2016/09/01/anomaly-updates
・Peter B. de Seldingさんのツイート: "SpaceX policy begun this yr of putting sats on rocket for static tests to trim a day frm launch campaign caused insurer upset, but not alot."
 https://twitter.com/pbdes/status/771411924907094016
・スペースXでの衛星打ち上げに関して スカパーJSAT株式会社 一般社団法人 日本航空宇宙工業会 会報「航空と宇宙」 2016年7月号
 http://www.sjac.or.jp/common/pdf/kaihou/201607/20160703.pdf
・Every Falcon 9 static fire to date: payload integration, days to launch, and more! : spacex
 https://www.reddit.com/r/spacex/comments/51ohzj/every_falcon_9_static_fire_to_date_payload/
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インデックス

連載目次
第4回 解き明かされた"難解で複雑な"原因、1月8日に打ち上げ再開へ
第3回 それでもスペースXは火星へ向けて走り続ける
第2回 イーロン・マスクが「スペースX史上、最も難解で複雑な失敗」と語る理由
第1回 なぜロケットの試験で人工衛星をも失うことになったのか
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