こうのとりから産まれる新型補給機「HTV-X」、月や火星への物資補給も実現へ

宇宙航空研究開発機構(JAXA)は2020年8月20日、宇宙ステーション補給機「こうのとり」の最終号機となる9号機を、計画どおり大気圏に再突入させた。これにより「こうのとり」は、2009年から始まった、国際宇宙ステーション(ISS)への補給物資の輸送ミッションを完遂した。

「こうのとり」のこれまで軌跡と、未来の展望について解説する本連載。第1回では「こうのとり」開発の経緯について、第2回では1号機にあたるHTV技術実証機から8号機までのミッションの歩みについて、そして第3回では最終号機となった9号機のミッションと、「こうのとり」が全ミッションを通して得た成果について解説した。

第4回となる今回は、新型の宇宙ステーション補給機「HTV-X」と、日本の有人宇宙開発の展望について解説する。

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  新型宇宙ステーション補給機「HTV-X」の想像図 (C) JAXA

新型宇宙ステーション補給機「HTV-X」

「こうのとり」が、全ミッションが成功という華々しい成果を残して引退したいっぽうで、現在その後継機となる、新型の宇宙ステーション補給機「HTV-X」の開発が進んでいる。

HTV-Xは、「こうのとり」でつちかわれた技術や成果を受けて、より洗練された補給船となり、機体も能力も大きく進化する。

たとえば与圧貨物を搭載する「与圧モジュール」は、「こうのとり」のものを流用しつつ、搭載能力やサービス能力を向上。容積が1.6倍に増え、搭載できる質量が4tから5.82tへと向上するほか、内部への物資搭載時期やレイトアクセス(打ち上げ間近の荷物搭載)の柔軟性向上や、搭載物への電源供給もできるようになる。

また「こうのとり」では、船外で使用する物資は、機体の中央に設けられた「非与圧部」という空洞部分に搭載していたが、HTV-Xでは機体の外に露出させて搭載する「曝露カーゴ搭載部」に変更。これにより、「こうのとり」よりも大きな装置を搭載できるようになる。

さらに、「こうのとり」では分かれていた電気モジュールと推進モジュールは、HTV-Xでは「サービス・モジュール」というひとつに集約される。また、モジュール単体でも使用可能なようになり、たとえば与圧モジュールの代わりに、地球観測用のセンサーやアンテナ、実験機器などを取り付け、補給以外のミッションにも活用することを目指すとしている。

そして前回触れたように、ISSなどへ自動でドッキングできる技術ももつ。

こうした進化により、2030年ごろまでの運用が想定されている国際宇宙ステーション(ISS)への補給のほか、超小型衛星の放出や宇宙実験や大型構造物の展開実験など、HTV-X単独での地球低軌道での運用・活用、そして現在、米国NASAを中心とし、日本も参画する形で計画が進む月周回有人拠点「ゲートウェイ(Gateway)」への物資補給など、「こうのとり」以上にさまざまなミッションで役立つと期待されている。

HTV-Xは2015年度から検討が始まり、現在はプロト・フライト・モデル(PFM)の製作や試験が行われている段階にある。今後、2021年度に「H3」ロケットで技術実証機「HTV-X1」の打ち上げが予定されているほか、2022年度には、X1の運用を踏まえて開発される2号機「HTV-X2」で、自動ドッキングの軌道上実証などを行う計画となっている。

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  概念検討段階の「HTV-X」の構想図 (C) JAXA

HTV-Xと日本の有人宇宙開発の未来

JAXA有人宇宙技術部門長を務める佐々木宏氏は、8月21日の記者会見において、「こうのとり」とHTV-Xとの違いについて、「『こうのとり』は1994年に設計を開始したが、当時はロケットや有人に関する技術が未熟で、有人のモジュールを造ったり、10tを超える大きな機体を造ったり、ランデヴー・ドッキングしたりするための技術はなかった。そのため、ひじょうに保守的な設計にせざるを得なかった。しかしHTV-Xは、『こうのとり』を9機連続成功させた経験を活かし、より洗練された技術で補給できる補給機として開発する」と語った。

また、「HTV-Xは、ISSだけでなく、地球低軌道、そして月(ゲートウェイ)、さらには火星を含め、さまざまな軌道でランデヴーし、ドッキングして、物資を届けることができる。『必要なところに、必要なものを届ける』ことができる、汎用的な補給機である」と、その特徴を語った。

なお、ゲートウェイはその存在意義や、技術的な合理性などから、かねてより批判の声もある。さらに米国は政権交代などで宇宙計画が大幅に見直し、あるいは中止される場合もあり、ISS計画でも、その変節に日本などが振り回されてきた歴史がある。

佐々木氏は「私としては政権交代などが起こってもゲートウェイ計画は継続されるものとみている」としたうえで、仮に見直しや中止が行われた場合でも、「ゲートウェイに代わる計画が立ち上がることになったとしても、HTV-Xはその汎用性の高さを活かし、そこへ物資を補給できるだろう。いかなる場合でも、(日本のプレゼンスを確保し続けるという)意義は変わらないと思っている」と語った。

また、7号機の小型回収カプセルにより、ISSからの物資回収技術の実証に成功したことで、将来的に日本が独自の有人宇宙船を開発できる可能性もみえてきた。

これについて佐々木氏は「実際どうするかは政府が判断されることだが、私たちとしては、当然、小型回収カプセルの"先"をやりたいと思っている。『こうのとり』の運用を通じて、新しいチャレンジに取り組みたいと思うようになった。たとえばスペースXの『ドラゴン』は、私たちが開発したランデヴー・キャプチャー技術を使った後発の補給船だが、有人宇宙船「クルー・ドラゴン」に発展させることに成功した。私たちもより柔軟に、高みを目指した開発を進めることを考えていきたい」と意欲を語った。

また、HTV技術センター長の植松洋彦氏も「『こうのとり』で培った安全設計、技術は、有人に対してもそのまま適用できると考えている。小型回収カプセルでは、揚力誘導制御技術により、内部の加速度を4G程度と低く抑えることができ、生き物が乗っていても大丈夫なことを実証した。方向性の議論は必要だが、有人宇宙船への発展もできると考えている」と語った。

実際に日本が有人宇宙船を開発するべきかどうかは、費用対効果や意義などのバランスを考え、注意深く判断する必要がある。国がやるべきか、民間に任せるべきかといった議論もあろう。しかし、そもそも「開発する」という選択肢すらなかった、そればかりか有人について論じることが半ばタブー視されていた「こうのとり」開発当時とは異なり、いまでは技術的に実現の可能性が見え、そして関係者などから開発を望む声が出るようになったことは、大きな意味があろう。

「こうのとり」が日本に運んできた、有人宇宙技術の赤ちゃんが、これからどう育まれていくのか。HTV-Xの産声とともに、日本の有人宇宙開発の新たな時代が始まろうとしている。

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  月周回有人拠点「ゲートウェイ」に物資を補給するHTV-Xの構想図 (C) JAXA

参考文献

・新型宇宙ステーション補給機（HTV-X） | JAXA
・JAXA | 宇宙ステーション補給機「こうのとり」9号機（HTV9）の大気圏への再突入完了について
・宇宙ステーション補給機「こうのとり」9号機（HTV9）ミッションプレスキット
・地球低軌道における2025年以降の有人宇宙活動の在り方に係るオプション整理に向けた検討状況令和2年2月18日文部科学省研究開発局宇宙開発利用課 宇宙利用推進室
・宇宙ステーション補給機（HTV） - 宇宙ステーション・きぼう広報・情報センター - JAXA