スペースXの巨大宇宙船「スターシップ」、完全再使用への新たな挑戦

第14回の成果と、第15回で期待されること

これらの技術がどこまで実証されているのかを考えるうえで、第14回飛行試験の結果が重要な手掛かりとなる。

第14回試験では、初めての地球周回軌道への投入に成功した一方、第1段と上段の双方で、「ラプター」ロケットエンジンの不調が発生した。

スーパー・ヘヴィでは上昇中に33基のエンジンのうち1基が停止した。上段分離後のブーストバック噴射でも、予定した33基のうち再着火できたのは31基だった。さらに、着水直前の減速噴射では13基のうち11基しか再着火できなかったものの、メキシコ湾への軟着水に成功した。

一方、上段でも真空用ラプター1基が上昇中に停止した。しかし、残る5基の燃焼時間を延長して予定した弾道飛行経路に到達した。その後、管制チームが機体の状態を確認し、エンジンを再着火して地球周回軌道への投入に成功した。衛星の放出も成し遂げたが、エンジンの不調を受け、軌道滞在時間を当初予定の約10時間から約3時間10分に短縮した。

第15回試験では、こうしたエンジンの問題がどこまで改善されているのかが注目される。とくに上段は、約22時間の軌道飛行を終えたあとも、軌道離脱や帰還に必要なエンジンを確実に再着火しなければならない。

その鍵となるのが、液体酸素と液体メタンという極低温推進薬の管理だ。宇宙空間でも太陽光などによって熱が伝わり、推進薬の一部が気化してタンクの圧力が上昇する。また、無重量に近い状態では、液体が自然にタンクの底へ集まるわけではない。エンジンの再着火に際しては、液体を適切に供給できる状態を整え、配管やエンジンの温度も管理する必要がある。

スターシップV3では、着陸用推進薬の供給配管に真空断熱構造を採用したほか、極低温推進薬の循環システムや、長時間の飛行中に推進薬とエンジンの熱的な状態を管理する専用システムを導入した。第14回では当初予定していた約10時間の飛行を実施できなかったため、今回の約22時間の軌道飛行は、こうした技術を長時間にわたって検証する機会となる。

宇宙空間でラプターエンジンを噴射するシップ (C)SpaceX

また、V3では耐熱システムにも改良が加えられている。第14回試験では、タイルの脱落を防ぐための固定機構を増やし、高温の気体が裏側へ入り込む経路を見直した。タイルの隙間の加熱を減らす曲面形状を試し、シップ40から回収したタイル2枚も再使用した。さらに、放出したスターリンクV3衛星のうち3機には、シップ41の耐熱システムを外側から撮影するカメラが取り付けられた。

ただし、外部からの撮影では、タイル内部の損傷や取り付け部分への影響まで詳しく調べることはできない。第14回の上段は海上に軟着水したものの、その後機体が失われ、回収には至らなかった。また、海上から引き揚げられた機体も、海水や着水時の衝撃の影響を受けるため、再突入による損傷を正確に評価するには限界がある。第15回で上段を発射場に捕捉できれば、飛行中の観測データと帰還後の現物検査を突き合わせ、耐熱システムの整備性を詳しく評価できる。

V3ではこのほか、スーパー・ヘヴィのグリッドフィンの大型化や、上段の後部フラップの駆動装置の改良も行われた。加えて、機体に異常が発生した場合には、捕捉を断念して安全な海域へ誘導するなど、発射塔や地上設備を守るための対策も講じられている。

さらに、第15回試験では、上段を発射塔で捕捉するための新しい制御も試みる。計画では、最終降下時に3基のラプターを再着火して減速し、その後、作動するエンジンを2基、最後に1基へと減らしながら、発射塔のアームの間に機体を誘導する。

大気圏に再突入するシップ(S38) (C)SpaceX

回収の成功は、完成ではなく出発点

第14回試験で初の地球周回軌道への投入を成し遂げたスターシップは、いよいよ完全再使用の実現に向けた次の段階へ進もうとしている。第15回試験で両段の回収に成功すれば、軌道へ到達した機体を回収し、ふたたび使用するという構想に大きく近づくことになる。

まず、大きな恩恵を受けるのはスペースX自身だ。完全再使用が実用化されれば、機体を毎回製造する負担が減り、打ち上げ費用の削減と頻度の向上につなげられる。とくに自社の衛星通信網「スターリンク」では、大型のV3衛星を一度に多数打ち上げられるようになり、通信容量の増強や衛星の更新を加速できる。

さらに、新たな用途として注目されるのが、人工知能(AI)の計算処理を宇宙空間で行う「宇宙データセンター」だ。スペースX自身もAIデータセンター衛星を大量に配備する構想を掲げている。こうした構想を大規模に実現するには、膨大な数の衛星を低コストかつ高頻度で打ち上げる必要があり、スターシップの実用化が必要不可欠だ。

その先には、回収した上段の再飛行や、2機のスターシップ間での軌道上推進薬移送など、さらなる挑戦が控えている。とくに推進薬移送は、スターシップを月着陸船として使う米国航空宇宙局(NASA)の「アルテミス計画」にも欠かせない技術だ。NASAは2027年の「アルテミスIII」ミッションで、地球低軌道においてオライオン宇宙船と、スペースXおよびブルー・オリジンが開発する月着陸船の試験機とのドッキングを実証する計画である。そして2028年の「アルテミスIV」で、有人月面着陸をめざしている。

また、スターシップが実用化されれば、その影響は世界の宇宙産業にも及ぶだろう。宇宙への輸送費が下がり、一度に運べる貨物の量や大きさが増えれば、大型衛星や宇宙望遠鏡、商業宇宙施設など、これまで輸送費やロケットの能力によって制約されてきた計画にも、新たな可能性が開ける。また、各国のロケット開発企業にとっては、打ち上げ費用や輸送能力をめぐる競争が、さらに厳しくなることも考えられる。

こうした未来に向けて、スターシップは第15回飛行試験に臨む。地球周回軌道を飛んだシップが、激しい大気圏再突入を乗り越えてスターベースへ帰還する。そして、発射塔の巨大なアームが、その機体を空中で受け止める。ロケットの完全再使用という構想が、どこまで現実に近づくのか。その答えを探る挑戦が、まもなく始まる。