ロシア宇宙開発、起死回生なるか - 新型補給船「プラグリェースMS」初飛行

40年近くもの間、「プラグリェース」と名付けられたロシアの無人補給船は、「サリュート」や「ミール」、そして国際宇宙ステーションといった宇宙ステーションに向けて、「宇宙の定期便」として運用に必要不可欠な補給物資を送り届けてきた。

プラグリェースは有人宇宙船「サユース」をもとに開発され、サユースが改良されると共に、プラグリェースも改良を、あるいはその逆もまた然りと、両者は常に一心同体となって、宇宙開発の歴史を歩み続けてきた。

そして12月21日、最新の、そしておそらく最後となる改良が施された「プラグリェースMS」が宇宙に飛び立った。プラグリェースMSとはどんな補給船なのか、従来のプラグリェース補給船から何が変わったのか。そして、その先にどんな意味があるのかについて見ていきたい。

プラグリェースMS

ロシア連邦宇宙庁は12月21日、新型補給船「プラグリェースMS-01」を搭載した「サユース2.1a」ロケットの打ち上げに成功した。2日後の23日には国際宇宙ステーション(ISS)とのドッキングにも成功し、2436kgの補給物資を送り届けた。

ロケットは日本時間12月21日17時44分39秒(カザフスタン時間12月21日14時44分39秒)、カザフスタン共和国にあるバイカヌール宇宙基地の第1発射台(通称「ガガーリン発射台」)を離昇した。ロケットは順調に飛行し、約9分後にプラグリェースMS-01を軌道に投入した。

プラグリェースMS-01はその後、太陽電池パドルやアンテナの展開に成功。そして約2日間の飛行を経て、23日19時27分にISSの「ピールス」モジュールにドッキングした。プラグリェースMS-01はこの後2016年7月までISSに係留される。

プラグリェースMSはロシアのRKKエネールギヤ社が開発した新しい補給船で、今回が初めての飛行であった。シリーズとしては初期型、M型、そして現行のM-M型に続く第4世代になる(厳密にはもう少し細かい種類がある)。

MS型の外見は従来のプラグリェースとあまり変化はない。しかし部品から機体の構造全体に至るまで、さまざま箇所に改良が加えられている。

ロシア国産の自動ランデヴー・ドッキング・システム「クールスNA」

プラグリェースも、また有人のサユースも、宇宙ステーションとのランデヴー(接近)とドッキングには「クールス」と名付けられた装置を使用している。この装置は「2AO-VKA」、「AS-VKA」、「2ASF1-M-VKA」、そして3基の「AKR」の、合計6基のアンテナからなり、電波を使ってドッキング相手のステーションとの相対的な距離や速度、角度などを測り、そのデータをコンピューターで処理。その結果に基づき宇宙船は自動で操縦される。

これまでサユースやプラグリェースに使われていたクールスは、正確には「クールスA」と呼ばれているが、このクールスAは大きく2つの欠点がある。まず1つはアンテナが展開式、あるいは可動式であり、故障によってアンテナの展開や格納、可動ができなければ、ランデヴー・ドッキングができなくなる危険性を抱えている。実際に、大きな失敗や事故にはつながらなかったものの、アンテナが展開できない、あるいは格納できないという問題が過去に発生している。

また、クールスAの電子機器を製造しているのはウクライナの企業であり、ロシアにとっては入手しづらいという問題もあった。クールスが開発されたのはまだソヴィエト連邦が存在したころであったが、ソ連崩壊後に独立したウクライナは、ロシアに対してクールスAの価格を吊り上げるようになった。クールスAはサユースやプラグリェースにとって必要不可欠な装備であり、ロシアは言い値で購入しなければならない状態となり、かつては一度使用したクールスAの電子機器を取り外し、スペースシャトルで持ち帰って再使用するといったことも行われていた。

そこでロシアは2003年から、クールスAと互換性をもたせつつ、部品をすべてロシア製にし、かつ可動部を少なくした、「クールスNA」の開発に着手した。外見も大きく変わり、クールスAの2AO-VKAと3基のAKR-VKAの合計4基のアンテナが、AO-753Aと呼ばれる1つのアンテナに置き換えられている。AO-753は機体に固定されているため、展開機構に起因する問題が起こり得なくなる。さらに測定誤差も小さくなり、消費電力も少なくなるなど、性能も向上している。

クールスNAは2012年に打ち上げられた「プラグリェースM-15M」と、2013年の「プラグリェースM-21M」に試験的に搭載され、実際にISSとのドッキングで使われた。このときの試験結果は芳しくなく、何度かの試験の中で失敗と成功が半々ぐらいというものだったが、今回のプラグリェースMS-01では問題は起きず、無事にISSとのドッキングを果たした。

新型飛行制御システム「ASN-K」

新型の飛行制御システム「ASN-K」は、ロシアの全地球測位システム「GLONASS」を利用し、自身の軌道を測定することができる。これまでプラグリェースやサユースにそうした機能はなく、地上から軌道を観測し、そのデータを送るしかなかった。

また、このASN-Kと、サユース2.1aロケットの高い軌道投入精度とを組み合わせることで、打ち上げからISS到着までの所要時間を、最短で4時間ほどにまで短縮することも可能だという。

新型通信システム「EKTS」

従来のプラグリェースやサユースは、ロシア国内にある地上局のアンテナとしか通信ができなかったため、ロシアの上空を通過すると通信ができなくなるという制約を抱えていた。

しかしプラグリェースMSでは新たに衛星通信用のアンテナを装備し、静止軌道に配備されたロシアの通信衛星「ルーチ5」を中継することで、1日のうち83%ほどは、ロシアの地上局と通信ができるようになるという。

また、従来の「クヴァーントV」と呼ばれる通信システムはウクライナ製だったが、EKTSはロシア製となる。

この他にも、次のような点が改良されている。

• 新しい太陽電池パドルによる出力の向上。
• 外部に超小型衛星を搭載、放出できるコンテナーを搭載(10 x10cmのキューブサットで最大24機まで搭載可能)。
• 尾部にある軌道変更用スラスターを改良。エンジンを4基搭載し、そのうち1基が壊れてもドッキング可能に、また2基が壊れても安全に軌道離脱が可能。
• 映像システムが新しくなり、外部カメラからの映像がより鮮明に。
• 新型のバックアップ制御システム「ブーク」の追加。
• スペース・デブリ(宇宙ゴミ)や宇宙塵などとの衝突に備えたシールドの強化。
• LEDを使った照明システムの搭載。
• 角速度センサーの改良。
• ドッキング機構にバックアップ系統を追加し、ISSのドッキング面との結合の信頼性が向上。

これらの改良点は有人宇宙船のサユースにも採用されることになっている。改良されたサユースは「サユースMS」と呼ばれ、2016年6月に初飛行を行う予定となっている。

サユースMSではまた、以下の改良も施される。これらはプラグリェースMSには必要ないため、サユースMSだけの改良点となる。

• GLONASSと米国のGPS受信機を装備し、大気圏再突入後の帰還カプセルの位置を正確に測定可能に。また予定外の地域に着陸した場合の捜索活動も容易になる。
• 宇宙飛行士が船外を見るための光学式のペリスコープ(潜望鏡)を廃止し、映像を見て操縦する形に。

ロシア宇宙開発、復活の狼煙となれるか

新技術をふんだんに盛り込んだプラグリェースMS-01の成功は、実は完璧なものではなかった。サユースとプラグリェースには、クールスが問題を起こした場合に備え、「TORU」という手動のドッキング・システムが搭載されているが、プラグリェースMS-01がISSに接近する際、このTORUが使えなくなるという問題が発生した。もしクールスNAがなんらかの問題を起こしていれば、ドッキングができなかった可能性もある。

もちろん、宇宙船という複雑なシステムであればひとつやふたつの故障は起こるものであり、そのために冗長系と呼ばれる、予備の部品や装置が用意されている。今回もクールスNAのバックアップであるTORUの故障だったからこそ、ドッキングそのものには影響は出なかった。それでも本来は起こるべきものでなく、やや不安は残る。

現在、ロシアの宇宙技術が低迷していることは、すでに多くの人が認識している。今年だけでも、4月には「プラグリェースM-27M」が打ち上げに失敗し、5月には「プラトーンM」ロケットが打ち上げに失敗。7月には日本人の油井宇宙飛行士が乗った「サユースTMA-17M」が、打ち上げ後に太陽電池パドルの片方が開かないという問題を起こした。12月には「サユース2.1v」ロケットが、衛星の分離に失敗する事故を起こしている。

ロシアのロケットや衛星の打ち上げ数の多さは考慮する必要はあるが、しかし、ほぼ同じ打ち上げ数である米国や中国の失敗の少なさを考えると、ロシアの失敗数の多さは際立っている。

ロシアでは数年前から宇宙産業の改革が始まっているが、今のところ目立った変化はまだ現れていない。とくに新しい技術は失敗の原因となりやすいことを考えると、今後プラグリェースMSが2号機、3号機、4号機……と、今回のTORUの一件のような問題を起こさず成功を重ねることができるか、そしてサユースMSの運用も無事に軌道に乗るかが、この改革が成功したか否かを見極める試金石となるだろう。

また、現在ロシアはサユースに代わる、まったく新しい宇宙船「PTK NP」の開発も進めており、プラグリェースMS、サユースMSの技術も活用されることになっている。PTK-NPの初飛行は2021年ごろに予定されている。プラグリェースMS、サユースMSが成功するかどうかは、PTK NPにたすきをつなぐためにも、そして何よりロシアの宇宙開発の威信回復のためにも、重要な意味をもっている。

また、ISS計画に参加する米国や欧州、そして日本にとっても他人事ではない。とくにサユースMSの1号機には大西卓哉宇宙飛行士が搭乗することになっており、その後も日本人が搭乗する機会があるだろう。

なにより、有人宇宙船は人の命がかかっていることもあり、今後の動向を注意深く見守っていく必要がある。

【参考】

・http://www.federalspace.ru/21911/
・http://www.federalspace.ru/21918/
・Progress-MS cargo ship
　http://www.russianspaceweb.com/progress-ms.html
・Progress MS Spacecraft begins Debut Mission to ISS with successful Launch atop Soyuz Rocket | Spaceflight101
　http://spaceflight101.com/successful-launch-of-first-progress-ms/
・Kosmonavtika - par Nicolas Pillet - Le système radar de rendez-vous Kours
　http://www.kosmonavtika.com/vaisseaux/kours/kours.html