SpaceXは、宇宙船工学における大きな偉業に挑んでいる。同社は、Falcon 9-Rロケットの第1段を海上の浮体式プラットフォームに着陸させようとしている。通常なら、ロケットは海底に沈むことになる。成功すれば、SpaceXは打ち上げ費用を数百万ドル削減し、ロケット打ち上げ市場を揺るがすだろう。
結果がどうであれ、この打ち上げはロケット科学における数々の目覚ましい成果の集大成だ。ロケットエンジンの再始動、姿勢制御、誘導・航法、熱防護、そしてもちろん着陸脚の展開に関する新たな進展を示している。SpaceXのこれまでの業界での実績は、驚くべきものだ。他の商業事業者が競争の激化にまだ気づいていないのなら、この打ち上げが彼らに注目を促すきっかけになるかもしれない。
上がったものは必ず下りる
今日のロケットは 使い捨ての一発勝負だ。燃料を数分で燃やし尽くし、ペイロードを適切な軌道に乗せた後、地球の海に落下する。これは無駄が多く、そのため科学者たちは再利用可能な打ち上げ機の建造を夢見てきた。
ロケット打ち上げ機の究極の目標は、単段式軌道投入機（SSTO）と呼ばれる構想だ。再利用可能な打ち上げ機（RLV）を使い、ペイロードを軌道に運び、地球の大気圏に再突入して着陸させ、そこで燃料を補給するというものだ。その後、短い準備期間でこのプロセスを繰り返すことができる。
英国ではこの実現に向けた取り組みが進められており、 Skylon SSTO機用のSABREロケットエンジンが開発されている。しかし、信頼性を確保し、妥当なコストでこうした技術を実現することは、材料とエンジン技術の両面で依然として課題だ。SABREエンジンのメーカーは、燃焼プロセスに必要な酸化剤の少なくとも一部を大気から取り込み、空気吸入式からロケット推進式の組み合わせへと切り替えることで、エネルギー上の障壁を克服することを提案している。
現実には、燃焼に必要な燃料と酸化剤のすべてを機体に搭載した純粋なロケットエンジンを用いて、単一の機体で軌道に到達することは、依然として実現の域に達していない。推進剤の質量が機体全体の重量の90%を占める場合でさえ、使い捨て打ち上げ機は、推進剤、機体構造、ペイロードの質量を極めて厳密に調整しなければならない。そのため、最終軌道に到達するペイロードの質量は、通常、打ち上げ機の初期重量の2%から4%にすぎない。
現在、軌道に到達する唯一の方法は、打ち上げ機の燃料が減り始めるにつれて、支持構造や燃料タンクの不要な質量を切り離していくことだ。これにより多段式ロケットが生まれる。段は、SpaceXs’ Falcon 9-Rロケットのように上下に積み重ねる直列方式にも、NASAのスペースシャトルのように並列方式にもできる。
唯一の先例
NASAのスペースシャトルは、オービターを大気圏に再突入させて着陸させるとともに、固体ロケットブースターをパラシュートで回収し、部分的に再利用できる打ち上げ機を作ろうとした試みだった。しかし、プログラムの莫大な継続費用と、14人の宇宙飛行士が犠牲となったチャレンジャー号とコロンビア号の事故は、 真の再利用性を実現する難しさ を浮き彫りにした。
人類の科学と工学の最高峰ともいえる、費用のかかった機体を海底に捨てるなど、正気の沙汰とは思えない。それでも、こうした制約がある中で、政府や機関は機体を回収し、技術を再利用することを検討できないようだ。そのため過去50年間、使い捨て打ち上げ機（ELV）が商業打ち上げ業界の主力であり続けている。
SpaceXのこれまでの道のりに困難がなかったわけではない。今回の打ち上げは、この技術を試す3度目の試みだ。最初の2回の打ち上げは、 直前に不具合が見つかったため中止された。
そしてSpaceXが成功したとしても、この技術が使い捨て打ち上げ機に代わる経済的に実行可能な選択肢であることを証明する必要がある。そのためには、スペースシャトル計画を悩ませた、長期にわたり費用のかかる機体改修作業を避けなければならない。
これは容易ではない。再利用可能にするため、Falcon 9-Rにはより複雑なシステムと大きな質量が加わり、全体のペイロードが減少して性能も低下する。
しかし、SpaceXは困難を恐れず、数々の成果を猛烈な速度で積み重ねている。同社が構想から実現まで進んだ速さは、他の商業事業者がSpaceXの事業計画への影響を評価する時間さえほとんど与えず、まして対応する時間はなかった。
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見解を支持していることを意味するものではありません。
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著者：Grubisic博士は、宇宙船用の先進推進システムの開発と試験を専門としています。
画像：2015年1月6日、フロリダ州ケープカナベラルのケープカナベラル空軍基地、発射台40に設置されたFalcon 9ロケット。国際宇宙ステーションへの補給ミッションでSpaceXが打ち上げる予定だったが、打ち上げは中止された。REUTERS/Scott Audette。
