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世界最大のロケット成功の衝撃 SFが現実に!

日本時間の2月7日午前5時45分、世界最大の打ち上げ能力を持つロケット「ファルコン・ヘビー」が、アメリカ・フロリダ州から打ち上げられ、搭載していた赤い電気自動車を、火星に向かう軌道に投入することに成功しました。大勢の人が打ち上げを一目見ようと現地を訪れ、打ち上げの映像はインターネットでも中継。宇宙服を着たマネキン「スターマン」が乗る赤い電気自動車が、青い地球をバックに宇宙空間を“疾走”する姿は、多くの人を驚かせました。このロケットを打ち上げたのは、イーロン・マスク氏が立ち上げたアメリカのベンチャー企業「スペースX」です。2024年の有人宇宙船による火星到達、さらには、将来の火星移住計画を発表しているスペースXにとって、火星まで大量の物資を運ぶ能力を持つ今回のロケットの打ち上げは、今後、計画が実現するのかどうかの大きな試金石となるものでした。また今回のロケットは、1段目の3本のロケットエンジンが、打ち上げ後に、自動制御によって地上に舞い降り、垂直に着陸するという離れ業にも挑戦し、このうち2本のロケットが見事に地上に着陸。まるでSF映画を見ているかのような錯覚を覚えた人も多いと思います。世界に衝撃を与えたスペースX。今後の計画はどのように進められ、いま人類は、どこまで火星に近づいているのか、解説します。
(科学文化部記者 鈴木有 アメリカ総局記者 籔内潤也)

打ち上げ能力世界最大のロケット「ファルコン・ヘビー」

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今回打ち上げられたロケット「ファルコン・ヘビー」は、スペースXがこれまでに打ち上げてきたファルコン9ロケットの1段目を横に3本並べた形をしています。全長70メートル、幅は12.2メートル、全体の重さは1420トン余りある大型のロケットです。

スペースXによりますと、打ち上げ能力は、初めて月面に人類を送り込んだアポロ計画で使われたロケット「サターン5」に次ぐもので、現役のロケットのなかでは最大です。地球を回る高度2000キロ以下の低い軌道であれば、日本のH2Aロケットの6倍以上、スペースシャトルの2倍以上にあたる、およそ64トンの物資を運ぶことができます。

これは、乗客乗員を乗せたボーイング737型機を宇宙に届ける能力に相当します。大型の衛星を難なく打ち上げられるほか、国際宇宙ステーションにもこれまでより多くの物資を一度に運ぶことができるようになります。このパワーがあれば、火星に向けておよそ17トンの物資を運ぶことができるということです。

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高度400キロを飛行する国際宇宙ステーションを構成する日本の実験棟「きぼう」がおよそ15トンなので、「きぼう」全体を、最接近したときでも7528万キロメートル離れている火星にまで運べることになります。スペースXでは、ファルコン・ヘビーは人類を火星や月に送り届ける能力を備えているとしています。

強力な打ち上げ能力を低コストで実現

ファルコン・ヘビーの特徴は、打ち上げ能力が現在運用されているロケットの中でいちばん強力で、かつ打ち上げコストが低いことです。スペースXが提示している金額は9000万ドル、日本円でおよそ100億円です。打ち上げ能力がおよそ6分の1の日本のH2Aロケットと同じぐらいの値段なのです。

これを実現できたのは2つの大きな理由があります。1つ目は、エンジンの「クラスター化」です。強大な打ち上げ能力を実現するために、大きな出力のエンジンを新しく設計し、新型のロケットを開発すれば、ばく大な開発費がかかり、大きなリスクもともないます。そのため、スペースXは運用を続けているファルコン9の1段目の機体を改良し、3本並べるように搭載しています。

ファルコン9の第1段目は、2008年に打ち上げに初めて成功したファルコン1のエンジンを9つ束ねる形で開発された「クラスターロケット」です。大きなエンジンを1つ開発するのではなく、信頼性の高いエンジンを束ねることで大きな推進力を得ようというのです。同型のエンジンを大量生産することで、同じ推進力をもつ大型ロケットよりも、早く、かつ安く開発することができました。

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さらに、クラスターロケットにはエンジンのうち1つが壊れても飛行が続けられる利点があります。実際に、2012年10月のファルコン9の4号機の打ち上げでは、1機のエンジンが故障しましたが、無事に飛行を続け、搭載していた無人の宇宙船を国際宇宙ステーションへと向かう予定の軌道に投入しています。

一方で、高度な技術も求められます。クラスター化したエンジンでは、推力の方向を制御する技術が必要なのです。例えば、中央についているエンジンと端についているエンジンでは、微妙に燃焼ガスの噴射方向を変える必要があります。ファルコン・ヘビーはファルコン9を3本束ねているため、合計で27機ものエンジンを搭載しています。27機を同時に制御してロケットを目的の方向に向かわせる技術をスペースXは現実のものとしたのです。

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2つ目は、ロケットの「再使用」です。スペースXは、2015年、世界で初めて実際に衛星を載せて打ち上げたロケットを、逆噴射させて地上に舞い戻らせ、着陸させることに成功しました。上空から、ロケットが、ゆっくりと舞い降りて、地上に垂直に立って停止する様子は、まるで打ち上げの映像を逆再生したかのような錯覚にとらわれます。

さらにスペースXでは、地上に舞い戻らせたロケットを回収して、再び打ち上げることにも成功しています。機体を再使用することによって、打ち上げコストを将来的に100分の1にすることを目指しているのです。

宇宙開発に詳しい八坂哲雄九州大学名誉教授は「打ち上げたロケットを地上にピンポイントに着陸させるにはとても高度な制御技術が必要で、本当にすごいことを成し遂げている」と話します。

これらの技術が成熟していけば、宇宙ビジネスに価格破壊が起きると言われています。

打ち上げ成功~ファルコン・ヘビーの衝撃~

ついにその姿を見る機会が訪れました。日本時間の2月7日午前5時45分、ファルコン・ヘビーは、アメリカ・フロリダ州のケネディ宇宙センターで、49年前に初めて人類を月面に送り込んだアポロ計画でも使われた発射台から飛び立ちました。

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大きな噴煙を上げながらゆっくりと機体が浮き上がり、宇宙に向かって安定した飛行を続けました。打ち上げからおよそ2分半後には両サイドの2本のロケットを、3分後には1段目のロケットを切り離すことに成功し、打ち上げからおよそ6時間後の午前11時半ごろに、スターマン(宇宙服を着たマネキン)が乗った電気自動車を火星に向かう軌道に投入することに成功したのです。

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特に衝撃的だったのが、打ち上げたロケットの地上への帰還です。およそ2分半後に切り離された両サイドの2本のロケットは、それぞれエンジンを逆噴射させて向きを変え、地上に向けて降下。機体に取り付けられた4つの羽根を広げて大気圏の中を空気の力で姿勢を安定させながら高度を下げ、打ち上げのおよそ8分後、ほぼ同時にケープカナベラル空軍基地に着陸することに成功しました。2つの大きな機体がゆっくりとピンポイントに狙った場所に下りてくる様子は、まるでSF映画を見ているようでした。

打ち上げに使われた3本のロケットのうち、大西洋上の船に戻す予定だった真ん中の1本は、上空からは戻ってきたものの、船から100メートル離れた海上に落下したと見られるということです。

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さらに、世界の注目を集めたのは、宇宙を“疾走”する電気自動車の映像です。ロケットを初めて試験的に打ち上げる場合、高価な衛星の代わりに、金属の塊などを載せることが通例ですが、マスク氏は、それでは面白くないと、自身が所有するチェリーレッド色のテスラの電気自動車をロケットの先端に搭載しました。運転席にはシートベルトを締めた白い宇宙服を着たマネキン「スターマン」が乗っています。

ロケットが打ち上がってからおよそ4分後、本来衛星を保護するカバーが取り外された瞬間の映像は、まるで宇宙空間に車が飛び出していくように感じられるものでした。地球をバックに宇宙を“疾走”する車。

宇宙空間の赤い電気自動車の運転席に座る「スターマン」の名前の由来は、おととし亡くなったロックミュージシャンのデビット・ボウイさんの曲名です。歌詞の中には「スターマンが空で待っている(There’s a starman waiting in the sky)」とあり、まさに、スターマンが宇宙で待っているという状況を実現したものになりました。

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マスク氏は、記者会見で「打ち上がるか心配したが、うまくいったと思う。次の世代の超大型ロケットもうまくいくという自信を持つことができた」と述べ、今後の宇宙開発への自信を示しました。

イーロン・マスク氏の火星移住計画

マスク氏が会見で触れた「次の世代の超大型ロケット」。去年9月、マスク氏は6年後の2024年にも、有人の宇宙船を火星に送る最新の計画を明らかにしています。

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そのために、2022年には無人の宇宙船を火星に送り込み、水資源などを探査するとしています。そのためのロケットが、この「次世代の超大型ロケット」です。

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ファルコン・ヘビーで培った技術や、国際宇宙ステーションに物資を運んでいる「ドラゴン」宇宙船の技術をさらに発展させて開発する「ビッグ・ファルコン・ロケット」、この頭文字をとって「BFR」と呼ばれます。その全長は106メートル。BFRには40の部屋が用意され、一度におよそ100人が乗ることができるということです。

マスク氏は、火星に向かう費用は1人あたり20万ドル、日本円で2000万円余りに抑えるとし、火星に移住して40年から100年後には火星で自給自足ができるようになると発表しています。

専門家「われわれが火星に近づく大きな一歩になる」

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ファルコン・ヘビーの打ち上げについて、宇宙開発に詳しい八坂哲雄九州大学名誉教授は「火星に17トンの物資を送ることができるロケットを民間企業が開発したのに驚きだ。火星移住を目指すのであれば、大量の物資を火星に届ける必要があり、そのために輸送系の確立は不可欠だ。輸送する手段ができることで、これから民間も参入し、活発になっていく可能性がある。私たちが火星に近づく大きな一歩になる」と話していました。

さらに、スペースXという民間企業が開発していることについて、「すごい時代になった。再使用の技術にしても、ものすごい常識破りのことをやっている。重要なのは、国やNASA=アメリカ航空宇宙局が抱えてきた輸送機計画ではなくて、民間の資本でもって、民間のイニシアチブが先に出てきたということがすごい。火星開発の一歩になることもそうだが、それ以上に、民間の大型ロケットがでてきて、それが将来にわたって使われていくだろう気配になっていることがすばらしい。これは革命だ」と話していました。

また、JAXA=宇宙航空研究開発機構で再使用ロケットの研究をしていた室蘭工業大学の棚次亘弘名誉教授は「宇宙開発では、打ち上げの需要に応えようとロケットが開発されるだけでなく、先にロケットが開発されたことで、需要が広がることがある。ファルコン・ヘビーは現時点で火星まで物資を送るミッションがすでにあるわけではないと思うが、インフラである輸送系ができると、それを使って何かしようと考える人たちが出てくる。その一歩になるだろう」と話していました。

「再使用宇宙船」で世界を30分で

ロケットの再使用の技術は、火星に人類を送るだけでなく、私たちの地上での生活をも大きく変える可能性があります。

スペースXは去年、今後開発する超大型ロケット「BFR」を使えば、将来、宇宙空間を移動することで地球上のあらゆる都市の間を、およそ30分で移動できる宇宙船が実現できるとする構想も発表しました。

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スペースXによりますと、乗客が乗り込んだ宇宙船をロケットで打ち上げ、宇宙空間を最高時速2万7000キロで移動することで、たとえば、ニューヨークから上海へ39分、東京からロサンゼルスへ32分、ニューヨークからパリへ30分など、地球上のあらゆる都市の間をおよそ30分で移動できるようになるとしています。

打ち上げの際には最大で3G程度の重力加速度がかかるとしていますが、マスク氏は「遊園地の乗り物で感じる程度でいったん大気圏を出れば乱気流も天候の影響もなく、スムーズに移動できる」と話しています。また、地球上の移動は、航空機のエコノミークラスの正規料金程度で利用できるようにしたいとしています。

日本でも進む再使用ロケット研究

日本でも、ロケットの再使用に向け、実験機を使った実証実験が、現在のJAXA宇宙科学研究所で1999年から4年間行われたことがあります。

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この実験機は「RVT」と呼ばれる円すい形のロケットで高さ3.5メートル、直径2メートル余り。ロケットエンジン1機で最大42メートルの高さまで上昇し、その後、推力を落として、地上に軟着陸する実験が繰り返し行われました。ロケットエンジンは、通常、大気圏を出るのに必要な加速を得るため一度だけの使い捨てですが、繰り返し使えるロケットエンジンの開発のための知見を集めていたということです。

しかし、当時、宇宙科学研究所に所属し、再使用ロケットの研究をしていた棚次亘弘室蘭工業大学名誉教授によりますと再使用型のロケットは、開発費が多くかかり、需要があるかどうかわからなかったうえ、技術的にも難しかったことから2003年を最後に、実験機を使った実証実験は行われなくなったということです。

一方、スペースXがロケットを再び使う計画を発表し、次々と実験を始めたのは、2012年。内閣府によりますと、こうした動きなどを受けて日本でも宇宙政策を決める2014年の宇宙政策委員会で次期基幹ロケット「H3」のさらに次にくる2030年以降のロケットを検討するなかで、再使用型は選択肢の1つとして研究するべきという見解がまとまったということです。

その1年後の2015年、スペースXは、人工衛星を搭載した「ファルコン9」の1段目のロケットを逆噴射させ、地球に舞い戻らせて陸上に着陸させる離れ業を成し遂げました。

内閣府によりますとこうした成功などを受けて、日本でも具体的に研究を加速させることになり、新しい実験機を製造して来年にも再び実証実験に臨むことにしています。

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内閣府宇宙開発戦略推進事務局の高倉秀和参事官は「次期基幹ロケットH3の開発を進めるとともに、2030年以降の次のロケットのシステムの1つとして再使用型を検討している。スペースXが大きく先行しているほか、ヨーロッパやアジアでも研究が進んでいるので、日本が出遅れないようしっかりと研究を進めたい」と話しています。

着実に進む火星移住

かつてSFの世界でしか語られなかった火星への移住。それが、現実のものになるプロセスをいま私たちは見ているのかも知れません。

スペースXは、6年後の2024年に有人宇宙船を火星に送り込み、さらに火星移住を実現させたいとしています。増え続ける人口を地球では受け止められなくなった場合に備え、火星や月に都市を造ることは、これまでにも真剣に考えられてきました。火星を目指す人類の歩みは、簡単には進まないかも知れませんが、ファルコン・ヘビーの打ち上げは、その歩みを私たちが実感する歴史的な出来事になったのだと思います。

科学文化部記者 鈴木有
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アメリカ総局記者 籔内潤也
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