飛行機のように飛ばせる「再使用ロケット」は実現するのか?(前編) - 宇宙を身近な場所にするために

宇宙に向けて打ち上げられたロケットが、役目を終えた後にまっすぐ地上に帰ってくる。そんなSFでしか見られなかった光景が、ついに昨年、現実のものになった。

米国の宇宙開発企業「ブルー・オリジン」は2015年11月23日に、「ニュー・シェパード」という小型のロケットを打ち上げ、まっすぐ上昇して高度約100kmに達した後、そのまままっすぐ降下し、着陸した。続いて12月21日には、米国の宇宙開発企業「スペースX」が、人工衛星を打ち上げた「ファルコン9」ロケットの第1段機体を、発射台にほど近い陸上に垂直着陸させることに成功した。

さらにこうした流れに呼応するように、他の国や企業でもロケットを何度も繰り返し打ち上げようとする動きが始まりつつある。

まるで飛行機のように、一度打ち上げたロケットを着陸させ、再び飛ばすことができる「再使用ロケット」のアイディアは、打ち上げコストを大きく引き下げ、宇宙を身近な場所にする手段として、古くから考えられていた。一度は限定的ながら実現したものの挫折し、姿を消したが、近年になり再び熱を帯び始めている。

今回は再使用ロケットの歴史と現状および将来について、そして本当にロケットの打ち上げコストは下がり、宇宙が身近な場所になるのかについて見ていきたい。

再使用ロケットとは何か

現在、世界中で運用されている人工衛星を打ち上げるためのロケットはすべて、タンクやエンジンなど機体のすべてを海や陸、宇宙空間に捨てる「使い捨て型」という形式をとっている。

人工衛星を打ち上げるためには莫大なエネルギーが必要なため、使い終わったタンクやエンジンを次々に捨てて飛んで行かなければ、ロケットとしての設計が成立しづらい、つまり飛べないロケットになってしまうためである。

しかし、機体を毎回捨てるということは、ロケットを打ち上げるたびに新しい機体を造らなければならないということになる。その結果、宇宙に行くには膨大なエネルギーと同時に、莫大なお金も必要になるというのが現在の常識となっている。

そこで、性能に多少無駄が出ることは承知の上で、宇宙に打ち上げたロケットを何らかの形で地上へ回収し、点検や整備、推進剤の再補給などを行った後に再び飛ばせるロケットが造れれば、宇宙に行くために必要なお金はぐっと安くなるのではないか。そんな飛行機のように何度も飛ばせるロケット、「再使用ロケット」の発想が出てくるのは、ある意味では自然なことだった。

再使用ロケットの構想は古くからあり、近未来を描いたSF小説や映画では定番のように出てきた。たとえば『サンダーバード』では、宇宙ステーション「サンダーバード5号」との往復につかうロケットとして「サンダーバード3号」が出てくるし、映画『2001年宇宙の旅』では、パンアメリカン航空が運用しているという設定のスペースプレーン「オライオンIII」が登場し、「美しく青きドナウ」の音楽に乗せて、宇宙を優雅に飛び、宇宙ステーションに到着する様が描かれている。

しかし、使い捨てロケットを造るので技術的に精一杯だったこともあり、なかなか実現には至らなかった。1970年代に入ると、高性能なロケット・エンジンを造る技術や、軽くて丈夫な材料ができたこともあり、主に米国とソヴィエト連邦で研究が本格化した。

再使用ロケットへの希望: スペース・シャトル

その成果のひとつが、かの有名な「スペース・シャトル」である。シャトルはさまざまな検討が重ねられた後、「オービター」と呼ばれる人が乗る宇宙船部分と、人工衛星が載る貨物区画を兼ねた機体と、そこに装着されたロケット・エンジン、そしてロケット・ブースターを再使用し、唯一オービターのエンジンで使う推進剤を満載した外部タンクだけは使い捨てる、という形式が選ばれた。シャトルが開発された当時は、ロケット・エンジンと、コンピューターなどの精密な電子機器が特に高価だったため、これらを使いまわすことができれば、飛行機ほどではないにしても、運用コストを安くできるのではと見積もられたのだった。

ところが大きな誤算があった。ひとつは、エンジンを再使用するというアイディア自体は間違いではなかったものの、エンジンを再使用するために必要な点検や整備に莫大なコストがかかってしまったこと。もうひとつは、電子機器が徐々に安くなり、再使用する意味が薄れていったことだった。

また、そもそもシャトルは人が乗らないと飛ばせないため、人がいらない人工衛星の打ち上げであっても、わざわざ人を乗せる必要があった。当初は機体を再使用することによって、その短所が霞んでしまうほどの低コスト化と多くの打ち上げ需要が待っていると期待されていたが、結局は「無人の衛星は、素直に無人のロケットで打ち上げたほうが安い」という結果になってしまった。

もちろんシャトルがなければ、巨大な「国際宇宙ステーション」の建造はできなかっただろうし、「ハッブル宇宙望遠鏡」の修理もできなかっただろう。しかし、それはシャトルのもつ強大な打ち上げ能力があればこその話であり、再使用そのものとはあまり関係がない。当初ほどの低コストが達成できなかった以上、再使用ロケットとしてのスペース・シャトルは失敗であった。

ただ、スペース・シャトルの存在は、さらに次の段階の再使用ロケットへの挑戦の発端となった。