本記事は『 The Conversation』との協力により掲載されています。
人類は常に探検家であり続けるだろう。私たちはこの小さな青い点である地球をほぼ隅々まで調べ、答えを探してきたが、見つかったのは新たな問いばかりだった。私たちはなぜここにいるのか。どのようにしてここへ来たのか。それは何を意味するのか。
私たちはすでに太陽系へ向けて小さな第一歩を踏み出している。しかし、安価で手頃な宇宙旅行が実現すれば革命的なものとなり、まだ想像もしていない技術の到来を告げるだろう。インターネットがもたらした社会的・経済的変化も、それと比べれば色あせて見えるだろう。
しかし、ここに重要な点がある。私たちはロケットに乗って星々へ向かうことにはならない。ロケットは宇宙へ行くための極めて不向きな手段なのだ。
軌道とは均衡を保つ行為である
次のような言い回しが 軌道力学にはある：軌道に到達することは、どこへ行くにも半分まで到達したことになる。軌道は、恒久的に宇宙へ行くための最も容易な方法である。地球の重力から脱け出すための大きな第一歩でもある。
軌道にあるということは、重力に引き下ろされる力と自身の運動量によって宇宙空間へ放り出される力との間で均衡が保たれている状態である。地球の周りを回る間も同じ高度を保てるのは、前方へ非常に速く進んでいるため、地球が足元から遠ざかる速さが、自身が地球へ落下していく速さと同じになるからだ。少し減速すると、 重力の不機嫌な束縛 へと引き戻される。しかし、わずかに加速すれば、地球から完全に離脱できる。
軌道は太陽系、銀河、そして宇宙への入り口である。残念ながら、この入り口は地表から 約100マイルの高さにあり、時速約20,000マイルで移動している。
ロケットは非効率である
ロケットで軌道に到達するということは、米国から英国へ行きたいと決め、カタパルトに乗り込んで大西洋の向こうへ自らを射出するようなものである。ただし、そのカタパルトには数億ドルもの費用がかかり、一度使うと爆発してしまう。
基本的にロケットは 力任せの手法である。進みたい方向に機体を向け、その真下で大量のエネルギーを急速に解放する（燃料を酸素で爆発させる）。その爆発の力でロケットが押し上げられるまでこれを続ける。これは 極めて非効率である。燃料とともに、燃焼に必要な酸素もすべてロケット自身が搭載しなければならない。
それほど非効率であるため、ロケットで貨物を必要な高度と速度まで運ぶ唯一の方法は、燃料タンクが空になったらすぐに切り離すことである。まさにこの理由から、ロケットは段階式、すなわち複数のセクションに分割された構造になっている。あるセクションの燃料が尽きると、その空になった容器の重量を切り離すことができる。
ロケットのごく一部だけが実際に軌道に到達し、大半の部品は墜落するか、燃え尽きるか、宇宙空間を当てもなく漂っている。そこまで運ぶことすらかろうじてなので、再利用することはできない。回収することなど言うまでもない。
再利用は費用に見合う大きな効果をもたらす
ロケット工学に対する一般的な認識とは異なり、ロケットは現代の大西洋横断ジェット機より実際にそれほど複雑でも高価でもない。航空機（A330-200F）とロケット（Falcon Heavy）を比較してみよう。
両者はほぼ同量の貨物を運搬でき、製造費用もおおむね同程度である。しかし、貨物1トンを運ぶコストは、どちらの輸送手段を選ぶかによって明らかに大きく異なる。飛行機は何千回も使用されるため、そのコストを複数の飛行に分散させることができる。
明らかに、飛行機で物を宇宙へ運ぶほうがはるかに安くなるだろう。問題は、飛行機で宇宙まで飛ぶことはできないという点だ。飛行機を含め、飛ぶものはすべて翼を持っている。翼はエネルギーを揚力へ変換するのに非常に効率的である。翼を前方へ動かすと空気を下方へ押し下げ、その反作用で翼が上方へ持ち上げられる。しかし、翼（および飛行機）は飛行するために空気を必要とし、宇宙には空気が存在しない。
これこそが、ロケットを特別な存在にしている理由である。軌道（およびそれより先）に到達するには、空気のない場所で非常に高く、非常に速く飛ぶ必要があり、それができるのはロケットだけである。
最近、民間宇宙技術企業のSpaceXは、 再利用可能な着陸ブースター の開発に着手した。各飛行の費用を削減するためである。基本的には、通常なら単に投棄してしまう部品に、発射台へ戻って着陸できるだけの燃料を残しておけるよう設計するということだ。
しかし、着陸ブースターの回収に成功したとしても、再び飛行させる前には非常に高額な点検が必要になる。ロケットは、飛行と爆発の間の細い境界線の上で成り立っている。一度だけでも正常に機能させるのでさえ困難なのだから、数十回、場合によっては数百回となればなおさらである。
ロケットだけでは、人類を星々へ導くことはできない。カタパルトで大西洋を横断する者がいないのと同様である。私たちに必要なのは、いわば宇宙飛行機とロケットの混成のような機体、すなわち多数の飛行のために設計された再利用可能な乗り物である。
SKYLONプロジェクト
幸運にも、まさにそのような乗り物がまもなく実現するかもしれない。英国企業「 Reaction Engines 」は、同社が「 SKYLON宇宙飛行機」と呼ぶ機体の開発に取り組んでいる。同社によると、この機体は最大200回まで再利用でき、15トンの貨物を低軌道へ運ぶことが可能で、1トンあたり約100,000米ドルという非常に低い費用で済むとしている。わかりやすく言えば、重量ベースで1人あたり約10,000ドルに相当する。これは、ニューヨークからロンドンへ向かう同日出発・片道のファーストクラス航空券とほぼ同程度の価格である。ただし、言うまでもなく、行き先は宇宙であり、そして帰還するのである。
SKYLONプロジェクトは、その SABREエンジンの開発に依存している。この独自のエンジンは、航空機用エンジンとしてもロケット用エンジンとしても機能する。機体は、飛行機のように滑走路から離陸でき（効率的である）、可能な限り高く、速く飛行できる。その後、SKYLON機はエンジンをロケットモードに切り替え、残りの飛行を行う。
この設計には十分な将来性が認められており、欧州宇宙機関と英国宇宙機関はいずれも 最近この構想へ出資している。同社は、試験飛行が2019年までに実施される可能性があると主張している。
より効率的であるということは、宇宙機全体と一部の貨物を、途中で何も切り離すことなく宇宙へ運び、帰還させることが可能だということである。機体全体を着陸させられるため再利用が可能になり、飛行機と同じように、その製造コストを多数の飛行に分散させることができる。
新たな世界の幕開け
一見すると、この種の技術は単なる漸進的な改良に過ぎないように思えるかもしれない。しかし実際には、世界を変えうるものである。毎年、約30億回の旅客移動が行われ、5,000万トンの貨物が 航空機で輸送されている。 現時点では、世界中で約10,000機の航空機が飛行している。現在ロケットが飛行している可能性はほぼないと考えられる。その理由は、 2014年に世界中で打ち上げられたロケットはわずか92機にすぎないからである。
毎年、数十億回もの宇宙旅行が行われ、数百万トンの貨物が地球と宇宙の間を行き来する世界を想像してほしい。星々への道を全人類に開くことは、人類にとって極めて大きな変化となるだろう。その後にどのような技術が続くのかは想像もつかないが、この惑星を離れることこそが、この惑星を救う唯一の機会である可能性が高い。
それだけでなく、宇宙に何があるのかを探求することは、大きな問いをもたらす。もし太陽系のあらゆる片隅に生命が存在するとしたら、それは私たちにとって、宗教にとって、そして人間であること、生きていることの定義そのものにとって何を意味するのか。
SKYLONプロジェクトやそれに類する取り組みこそが、星々の中にあるとされるどのような答えであれ、私たちをそれへと近づけてくれるのである。
本記事の掲載は、世界経済フォーラムによる見解への支持を意味するものではない。
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執筆者：Leon Vanstoneは、テキサス大学オースティン校の航空力学（Aeromechanics）分野における博士研究員（ポスドク）である。
画像：地球を周回する国際宇宙ステーションのクルーが撮影した、南太平洋の上に太陽が昇る色鮮やかな光景。NASA/Handout via Reuters.
