宇宙開発における混雑の謎を解く - 神話と現実
多くの国や宇宙船が打ち上げられるにつれて、宇宙空間の状況把握や衝突の危険性についての緊急性が高まっています。しかし、宇宙が本当に混雑しているのかという疑問は、業界内で盛んに議論されています。低地球軌道（LEO）のコンスタレーションプロバイダーは、誰もが入れるスペースがあると主張し、コミュニティ全体では、軌道環境がいっぱいになって衝突の可能性が高まっていると懸念を表明しています。
「テキサス州オースティンにある宇宙持続化企業Slingshot Aerospaceの共同設立者兼CEOであるMelanie Stricklan氏は、実際の宇宙環境を再現したシミュレーションを構築しています。「スペクトル環境は非常に混雑しています。電波環境は非常に混雑しており、その不確実性は増大し続け、電波のカバーギャップが持続しています。」
地球近傍軌道で活発に追跡され、カタログ化されている物体は、過去60年間に着実に増加しています。欧州宇宙機関の宇宙環境レポート2022では、現在宇宙監視ネットワークによって追跡されている3万個以上のデブリが発見されています。
ESAのモデルに基づくと、1センチメートル以上の物体は100万個以上あると思われる、と報告書は述べています。
宇宙は変曲点の到来
マッキンゼー・アンド・カンパニーが世界経済フォーラムと共同で発表した新しい宇宙持続可能性レポートでは、宇宙活動の拡大がガバナンスを上回り始めており、将来の宇宙経済の繁栄に必要な国際協力の継続にリスクを生じさせるようなグローバルなダイナミクスを導入していることが指摘されています。
マッキンゼーのレポートによると、宇宙で活動する衛星の数は過去2年間で倍増しており、10年後までには、スペースX社の衛星打ち上げが、スプートニク以来世界が宇宙に送り出した衛星の数を上回ることが予想されるとのことです。
さらに、2021年には40カ国が軌道上に物体を打ち上げ、その数は2015年の2倍に増加したと報告されています。また、追跡可能な軌道上のデブリは、過去20年間で80％以上増加しています。これは、何千もの衛星のフットプリントを計画した大規模なコンステレーションが軌道に乗り始める前であっても同様です。
米国国務省は、昨年11月にロシアが行った対直下型対衛星（ASAT）ミサイル実験について、ロシアの非稼働衛星を攻撃し、さらに1700個の追跡可能な軌道上の破片と数十万個の追跡不可能な破片をLEOに推進させ、「危険で無責任」「すべての国の安全、経済、科学の利益にとって不可欠な衛星やその他の宇宙物体への長期的脅威である」と説明しています。この事件をきっかけに、スペースデブリは国家安全保障の優先事項となりました。
セキュアワールド財団は、中国が以前行ったASATミサイル実験で、運用されていない気象衛星Fengyun-1Cを破壊するために、3000個の破片がLEOに噴出し、破片の多くが数十年間軌道上に残ると予想されると報告しています。
LEO軌道上の物体を正確に追跡するためのグローバルなレーダーネットワークを運営するLeoLabsによると、今年最初の4ヶ月間のハイリスクコンジャンクションの38%は、この2つの実験による破片が関与していたとのことです。
LeoLabsのシニアテクニカルフェローであるDarren McKnight博士は、「60年間に起きた2つの出来事が、現在のLEOにおける衝突リスクの3分の1以上の原因となっていることは衝撃的です。」と述べています。
昨年11月のロシアの実験により、米国は対衛星ミサイル実験に関する一方的なモラトリアム宣言を出しました。
しかし、宇宙の混雑は厳密には数の問題なのでしょうか？必ずしもそうではないと、McKnight氏は指摘します。
「物体の数は、その地域がどれだけ混雑しているかを測る直接的かつ完璧な尺度とは限りません。物体の種類、大きさ、物体の知性、物体の操縦能力、物体の操縦の意図に依存します。安全性を確保できるかどうかです」とMcKnight氏は言います。「衛星がどのように動作しているのか、どのような挙動を示すのか。衛星の挙動はどうなのか？」
彼は、衛星を運用するのに一番安全な場所は、スターリンク衛星の軌道である地球上547キロメートルだと主張しました。なぜか？「スターリンク衛星は小さく、機敏で、周囲の状況やコンジャンクションをよく把握しています。地球近傍軌道の他の高度では、たとえ天体の数が少なくても、天体が大きく、死んでいて、推進能力がないものが多く、衝突の危険性が高いからだ、と彼は指摘しています。
エアロスペース社のテクニカルフェローであるMarlon Sorge氏は、かつて政府機関だけがスペースデブリを追跡していた頃を振り返って、次のように語っています。
「現在では、民間企業がLEO軌道上のゴミを積極的にマッピングしており、宇宙で何が起こっているのかについて、我々が知っていると思っていることのパラダイムを変えつつあります」と、彼は言います。
スペースデブリはどこにある？
宇宙ゴミは、廃棄されたロケットの発射台から小さな塗装の破片まで、さまざまなものがあります。どの程度早く地球に戻ってくるかは、その高度によります。600km以下の高度にある無傷の物体は、地球の大気圏に再突入するまでに約20年、1,000km以上の高度にある破片は、数世紀にわたって軌道を周回することになります。宇宙ゴミがどこに集まっているかを知ることは、分析会社や軌道上デブリ追跡会社の協力で容易になってきています。
宇宙保険会社アクサXLの分析によると、120基以上の静止軌道（GEO）衛星が設計寿命を超えて運用されています。GEOにあるこれらの古い衛星が故障すると、通信や墓場軌道への機動ができなくなるため、衝突の危険性があります。保険会社によると、2000年以降、約62機のGEOにある衛星が失われ、86機が大きな異常（42％が打ち上げ後2カ月以内）に見舞われているといいます。
アクサXLの宇宙担当グローバルヘッドであるChristopher Kunstadter氏は、軌道上での衝突による重大な保険金損失は、宇宙保険市場だけでなく、宇宙産業全体にも冷や水を浴びせることになるだろうと予測しています。アクサXLによると、現在の軌道別衛星の故障率は、GEOで1％、140kg未満の衛星ではLEOで12％、キューブサットで27.5％となっています。
保険会社のアクサXLによると、最大の衝突リスクはLEOで、中地球軌道（MEO）と高地球軌道（HEO）の200基、GEOの577基に対し、4000基を超える活動中の衛星があるとのことです。アクサXLの分析によると、LEOでの衝突の可能性は2030年までに7倍に増加すると見られています。
LEO事業者の自浄作用
現在、国際電気通信連合（ITU）は、世界中の軌道資源を管理していますが、その中でも優先順位が高いのは、周波数管理です。GEO衛星の場合、干渉を避けるために物理的に分離する必要があるため、その点は納得がいきます。しかし、ITUの周波数問題への取り組みは、混雑するLEO軌道にも適用され、国連機関はキャパシティの懸念を考慮していません。
衛星事業者の会員組織である宇宙データ協会（SDA）のPascal Wauthier会長は、「宇宙空間の安全を確保することは、事業者の責務である」と述べています。SDAは宇宙データセンター（SDC）のプラットフォームを運営し、会員企業やその他の入手可能な情報源から飛行力学情報を収集し、結合評価や警告サービスを可能にしています。
LEO軌道は最も混雑していますが、GEO軌道も同様にデブリの問題に直面していないわけではありません。Wauthier氏は、GEOにある使用済みの衛星を、活動中の衛星の200マイル上空の墓場軌道に再投入するという業界の慣行は、現在その軌道にある1メートル未満の小さな浮遊物や衝突の可能性を考えると十分ではないと主張しています。
「小さな破片は、活動中のGEO軌道上の宇宙船に破片の危険をもたらす」と彼は言い、これらの破片を追跡するだけでなく、位置情報をリアルタイムで共有しなければ、アクティブな推進制御を行う宇宙船でさえ、他の機体がマヌーバーを行っていてその意図を明らかにしない場合にトラブルに巻き込まれる恐れがあると警告しています。
米国唯一の連邦政府出資の研究開発センターであるエアロスペース社は、米国の軍事、民事、商業の顧客に宇宙ミッションに関する技術指導と助言を提供しており、宇宙の生態系がスペースデブリと衝突リスクの問題にさらに真剣に注目していることがわかります。Sorge氏は、30年間スペースデブリの分野で仕事をしてきて、過去と現在では軌道上のデブリの問題がどのように語られているかに大きな違いがあると述べています。
「この問題に取り組むことに積極的な関心が持たれています。軌道上・再突入デブリ研究センターのエグゼクティブ・ディレクターを務めるSorge氏は、「この問題は人々の関心を集め、心配されている」と言います。「私たちはいくつかの規則やガイドラインを持っていますが、国際レベルでは通常、それらは施行されていません」。
肯定的な点として、ほとんどの大規模なコンステレーションオペレーターは、大部分が「軌道上のデブリ問題に対して非常に良心的である」と彼は言います。しかし、欠点は、物事が進むスピードについていくのがいかに難しいかということです。
「課題は、全員を動員し、互いに話をさせ、ここ1、2年減少していない障壁を越えて話をさせることです」と、彼は言います。
あらゆる分野の宇宙利用者は、衛星の位置や動きをよりオープンにすることで、新しい現実に適応していかなければなりません。ほとんどの業界関係者は、宇宙交通管理やスペースデブリへの対応に統一的なアプローチが必要であることに同意していますが、その方法についてはあまり一致しておらず、多くの人が、過度に厳しい規制が競争や成長の能力に影響を与えることを懸念しています。
25年ルールは廃止すべき
25年ルールは、NASAが定めたLEOにある衛星を25年以内に廃棄するという義務ですが、LEO衛星の数の増加や蓄積されたスペースデブリがもたらす衝突のリスクに対処するための技術の進歩に追いついていません。
このスケジュールは、軌道上から自然にデブリを除去するには、ほぼ2回の太陽サイクル（1サイクルは11年）が必要であるという観測に基づくもので、元来は堅実な科学に基づいていました。しかし、専門家によれば、LEO衛星の数の増加や、より効率的にデブリを除去する推進システムなどの技術に、この緩和指針が追いついていないのが現状だといいます。
「25年ルールが制定された2000年には、運用中の衛星は400基、軌道上の物体の総数は6,000個ほどでした。LeoLabs社のMcKnight氏は、このルールは基本的に衛星を6ヶ月間運用し、その後25年間衝突の危険性がある衛星を放置してよいという許可をオペレータに与えている、と指摘します。
「何千何万という衛星を扱うのに25年というのは馬鹿げている」とStricklan氏は付け加えます。
McKnight氏は、25年ルールを1年ルールに縮小すべきであり、衛星が使用されなくなったら、直ちに宇宙ステーションの高度以下に下げるべきだと主張します。
Mcnight氏らは、政策変更に対するリーダーシップの欠如を、地球温暖化問題で起きたようなリーダーシップと先見性の欠如になぞらえています。
McKnight氏は、「地球温暖化に関連する事柄について、誰も難しい決断を下そうとしなかったのは、まずデータを見たいと思ったからです」と言います。
「気候変動に取り組んでいる人々は、手遅れになる前に行動を起こさないよう、何年も前から警告を発しています。同様に、スペースデブリの状況は、大災害が起こるまで激化する可能性がある」とWauthier氏は付け加えます。
政策の変更を遅らせると、元に戻すのに数十年から数百年かかる損害を被ることになると懸念されています。McKnight氏は、スペースデブリの場合、何世紀も残り、新たに運用される衛星にゆっくりと降り注ぐことになるだろうと述べています。
コミュニケーションと透明性の向上
この問題に対処するためには、技術への研究開発投資、商業的能力への資金提供、より良い情報共有など、さまざまな活動が必要となります。
「オーナー・オペレーターは、これまで以上に位置情報の透明性を高める必要があります」とStricklan氏は言います。
スリングショット・エアロスペース社のリーダーは、スペースデブリのグローバルな管理方法に悩む宇宙産業は、航空界を手本にして前進することができる、と述べています。彼女は、航空界が航空機の位置をグローバルに自動追跡することに真剣に取り組むまでに、マレーシア航空370便の消息を絶つことが必要だったと指摘しています。
Stricklan氏は、業界だけでなく、政府機関も透明性を高める必要があると指摘しています。
「冷戦時代の名残で、各国政府はそれぞれ別のサイロで活動しているのです」と彼女は言います。
「コミュニケーションは、実はこの問題の大きな部分を占めているのです」と、Sorge氏は付け加えます。「コミュニケーションがうまくいけばいくほど、問題の解決策を見つけやすくなり、実際にその解決策を実行に移せるようになる」とSorge氏は言います。
SSRは、宇宙事業者のミッションの持続可能性を評価し、責任ある行動を奨励・承認するもので、世界経済フォーラムによる自主評価システムです。SSRの主催者であるスイス連邦工科大学ローザンヌ校（EPFL）の宇宙センター（eSpace）のプレスリリースによると、SSRは今年6月から本格運用を開始する予定だそうです。
「SSRは、建築物に対するLEED認証のようなものだが、宇宙事業者にも適用され、軌道上でどれだけ責任ある行動をとっているかを示すものだ」とアクサXLのKunstadter氏は説明します。
緊急の課題
エアロスペース社のSorge氏は、今こそ宇宙の持続可能性に取り組むための統一的なアプローチを取るべき時だと指摘しています。
「昔は、宇宙開発がそれほど盛んではなかったので、失敗しても、そこから学び、次に進むことができました。協力して、安全な運用のための世界のルールを考えなければならないのです」。
Stricklan氏は、世界中でガイドラインやレバーを推進するための新しい国際的なコホートを形成することを想定しています。
「サステナビリティを実現するためには、政府、民間、商業の垣根を越えて協力する必要があります。もし、適切なグループが現れたら、そのような関係を促進する必要があります」とStricklan氏は締めくくりました。
【原文へ】" Peeling Back the Onion on Space Crowding: Myths vs. Reality "