地球軌道には、年数や有用性の異なる衛星が何千基もあります。いずれ寿命を迎え、軌道上を漂うごみになります。その後、私たちは衛星をどうすればよいのでしょうか。
ほとんどの衛星は、寿命を終えた後のことを考慮して設計されていません。一方、ハッブル宇宙望遠鏡のように、整備を受けられるよう設計されたものもあります。ハッブルは最後の整備の一環として、 ソフトキャプチャ機構を取り付ける改修が行われました。これは、将来のロボット宇宙船が望遠鏡に接続し、運用寿命を終えた後に地球大気圏で燃え尽きるよう、安全な処分へ導くためのインターフェースです。
衛星を退役させる方法を考えることは重要です。適切に処分しなければ、衛星は宇宙ごみの新たな発生源となるからです。宇宙ごみとは、古い宇宙船、衛星、ロケットの破片で、現在も地球を時速数千マイルで周回しています。こうした破片は 非常に速く移動する ため、コインほどの大きさの破片でも、衛星全体を機能停止させるだけのエネルギーがあります。すでにこの大きさ以上の破片が10万個を優に超えて地球を周回しており、さらに大きな物体もあります。たとえば、 ロシア宇宙庁のミッション管制官が制御を失った プログレス無人貨物モジュールは、軌道を徐々に下げながら、いずれ地球大気圏で燃え尽きます。
破片が正確に何個あり、どこにあるのかは分かっていません。衛星を機能停止させるほどの大きさがある破片のうち、地上から追跡できるのは最大のもの、約10％にすぎません。実際、衛星が損傷することは珍しくなく、ハッブルや 太陽極大期観測衛星 （SMM）には、飛来した破片によってコイン大の穴が開いたことがあります。今後数年のうちに、さらに大きな損害をもたらしかねない衝突が起きる危険があります。
ソフトキャプチャ機構は、宇宙ごみがこれ以上増えるのを防ぐために取り付けられました。世界各地の技術者は、地球を周回するごみの量を抑えるため、独創的な方法を考案しています。それには十分な理由があります。 予測によると、 宇宙ごみの問題に取り組まなければ、私たちにとって最も有用な軌道の多くが飛来する破片で過密になり、衛星が安全に利用できなくなるでしょう。
いずれ、特定の軌道に十分な量のごみが蓄積し、破片と衛星、あるいは破片同士の衝突が連鎖して制御不能になる可能性があります。これは ケスラーシンドロームと呼ばれます。映画 『ゼロ・グラビティ』では、（やや誇張された形で）この現象が描かれています。
今日、私たちは通信、GPS、時刻同期などで衛星に大きく依存しています。そして国際銀行業務など、多くの重要なサービスも、これらに依存しています。こうした状況を踏まえると、地球近傍の宇宙空間がこのような状態に陥るのを防ぐことは極めて重要です。望むと望まざるとにかかわらず、必要な重要な対策の一つは、より多くの破片の発生源となりかねない、大型の運用終了衛星を除去することです。
廃棄を想定した設計
2014年に打ち上げられた英国の TechDemoSat-1 （TDS-1）のように、寿命終了後の処分を想定して設計された衛星もあります。TDS-1には、クランフィールド大学で設計・製造された小型のドラッグセイルが搭載されており、衛星の科学観測における有用な運用期間が終わった後に展開できます。これはパラシュートのように働き、衛星の軌道を徐々に低下させます。その後、衛星は自然に大気圏へ再突入し、地球大気圏の高高度で燃え尽きます。
TDS-1は燃え尽きるほど小型ですが、より大型または高高度の衛星を、最も重要で価値が高く、混雑した軌道から移動させるには、別の方法が必要です。衛星に十分な燃料があり（また、何十年も宇宙にいた後も全システムが機能していれば）、自ら軌道を離脱することは可能です。さらに風変わりな解決策としては、網やテザー、さらには 高出力レーザーを使う牽引衛星などがあります。
袋に入れてごみ箱へ――ESAのe.Deorbit計画では、網で破片を捕集し、大気圏へ引きずり込んで燃やす方法が検討されています。
ESA
しかし、宇宙ごみは工学上の問題だけではありません。たとえば、欧州が牽引衛星を開発して古いロシアの衛星を軌道から離脱させようとしたり、稼働中の米国の偵察衛星に接近したりすれば、明らかに政治問題になりかねません。端的に言えば、私たちはまだ宇宙を持続可能な形で利用する方法を見いだしていません。この問題は、地球上で持続可能な開発を実現する方法を探るのとほぼ同じくらい複雑です。必要なのは、実践的な解決策です。一刻も早く。
衛星の退役計画が必要な例として、おそらく最もよく知られているハッブルは、最終的にどうなるのでしょうか。いつの日か、おそらく2020年代初頭に、小型宇宙船が宇宙望遠鏡とのランデブーを目指して打ち上げられます。ソフトキャプチャ機構を使って接続し、エンジンを噴射して、ハッブルを南太平洋上空での大気圏再突入へ導きます。ハッブルほど大型の衛星の場合、再突入時に一部の部品が燃え尽きずに残る可能性があります。そのため、損害や死傷者のリスクを避けるには、海上の広大な無人地域が最適です。
再突入の様子は、他の衛星や航空機、船舶から注意深く追跡できます。何十年にもわたって天空を観測してきたハッブル自身が、他の望遠鏡に捉えられる明るい流れ星となる瞬間を、すべてが記録するでしょう。これほど驚くべき、長きにわたるミッションを担ったハッブルが、最後に壮麗な輝きを放って終わるのは、どこかふさわしいように思えます。
この記事は、 The Conversationとの協力により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムがその見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：Stephen Hobbsは、クランフィールド大学のサイバーフィジカルシステム分野の上級講師兼コースディレクターです。Chiara Pallaは、クランフィールド大学の博士課程学生です。Jennifer Kingstonは、クランフィールド大学の航空宇宙・宇宙システム分野の講師です。
画像：公開株式会社レシェトニョフ情報衛星システムズで、インドネシアの宇宙通信衛星TELKOM-3を作業する専門技術者。REUTERS/Ilya Naymushi
