宇宙ゴミは低軌道（LEO）で急速に増加しており、さらなるデブリを生み出し、宇宙探査を危うくしています。
各国の宇宙機関は宇宙ゴミを緩和するためのガイドラインを策定しており、航空宇宙企業は、デブリを積極的に最小化し、さらには回収することができる宇宙船を設計しています。
既存のデブリを除去し、将来の発生を防ぐためには、複数の分野にわたる協調的な取り組みが必要です。
「宇宙は大きい。本当に大きい。君には信じられないほど、途方もなく、想像を絶するほど大きいのだ」と、ダグラス・アダムズはカルト的人気のSF小説、『銀河ヒッチハイク・ガイド』。
それならば、宇宙も混み合っているというのは馬鹿げて聞こえるかもしれません。少なくとも、地球に最も近い領域はそうなのです。
私たちは地球上に多くの問題を抱えているにもかかわらず、なぜこれほどまでに宇宙探査に熱心なのでしょうか。資源管理から多重分光撮像、レーダー・マッピングに至るまで、宇宙を基盤とするツールは地球上の問題の解決に役立ちます。やがて、小型衛星の大群が、インターネットをすべての人々に届けることで世界を結びつけるでしょう。
しかし、軌道上の労働力の恩恵を実感する一方で、宇宙デブリの急激な増加を緩和するために先手を打つ必要もあります。そうしなければ、次のフロンティアに住む機会を得る前に、大気汚染や海洋汚染と同規模の問題を抱えることになりかねません。
宇宙ゴミの規模
現在、2,200機以上の稼働中の衛星が地球を周回しています。しかし、懸念が高まっているのは、この領域に散らばる機能停止した衛星、使用済みのロケット、そしてデブリです。これらは総称して宇宙デブリまたは宇宙ゴミと呼ばれています。
1957年にスプートニク1号の打ち上げで人類が宇宙に足を踏み入れた瞬間から、軌道上のデブリが蓄積し始めました。2020年までに、これら2,200機の稼働中の衛星に加え、直径10cm以上のデブリが約34,000個、1cmから10cmの物体が約90万個、そして1cm未満の破片が128,000,000個以上加わりました。地球軌道上のデブリの総質量はほぼ700万キログラムに達します。軌道は最終的に減衰し、デブリは地球の大気圏に再突入して燃え尽きることがありますが、そのプロセスには数年かかることもあります。
衛星と宇宙ゴミは、主に2つの領域に集中しています。
地球の赤道面、地表から約30,000kmの真上では、数百基の衛星が静止軌道にあります。その大半は通信衛星と気象衛星ですが、それらは、すでに機能を停止した先代の衛星たちと軌道を共有しています。
静止軌道にあるゴミの量は、地球の大気圏の直上から地表の上空2,000kmまでの領域（低軌道、すなわちLEOとして知られています）にある衛星やデブリと比べると、はるかに少ない量です。より高い軌道、月、あるいは他の惑星へ到達するには、宇宙船は低軌道を通過しなければならず、そこではデブリの密度が最も高く、軌道速度も最も速くなっています。したがって、宇宙ゴミはLEOの宇宙船だけでなく、あらゆる形態の宇宙旅行を危険にさらしています。
宇宙ゴミはどこから来るのか？
人類が軌道上に物体を打ち上げ続ける限り、宇宙デブリは避けられません。
ロケットの打ち上げにより、ブースター、フェアリング、段間部品、その他のデブリが低軌道に残されます。ロケットの爆発も同様で、現在、デブリを生み出す上位10件の事象のうち7件を占めています。
人類の存在はまた、軌道上の漂流物も生み出します。例えば、カメラ、ペンチ、宇宙飛行士の手袋、レンチ、へら、さらには船外活動中に失われたツールバッグなどです。
一部のデブリは、小惑星や彗星の塵サイズの破片である微小隕石の衝突によって自然に生成されます。
寿命が限られているため、稼働中の衛星も宇宙デブリになり得ます。衛星は軌道制御用の燃料が尽き、バッテリーは劣化し、太陽電池パネルは性能が低下します。これにより軌道上デブリのフィードバックループが生じ、微小隕石や微細なデブリによって太陽電池パネルがサンドブラストのように削られると、問題がさらに悪化します。ロケットのデブリと同様に、使用済みの衛星も最終的には地球の大気圏に再突入して燃え尽きますが、そのプロセスには数年かかることがあり、地球からより高い軌道にあるほど、その軌道が減衰するまでの時間は長くなります。
宇宙ゴミは稼働中の宇宙船に衝突し、あらゆるサイズのさらなるデブリを生み出し、衝突リスクをさらに高める可能性があります。これは「ケスラー症候群」として知られており、NASAの科学者ドナルド・J・ケスラーにちなんで名付けられました。ケスラーは、宇宙船と軌道上デブリの密度が、衝突のたびにさらなるデブリを生み出し、他の物体と衝突する可能性が高まるほどの密度に達し、それにより数十年にわたってLEOの利用が不可能になると仮説を立てました。（これは2013年の映画『Gravity』で、ジョージ・クルーニーとサンドラ・ブロックが演じる宇宙飛行士たちが、デブリがシャトルに衝突した後、宇宙に取り残されます。）
最も小さな宇宙デブリであっても危険です。塵の粒ほどの微粒子や、塗料の破片でさえ、光学機器や太陽電池パネルのような保護が困難な部品を損傷させ、稼働寿命を縮め、さらに微細な破片を生み出す可能性があります。秒速7.0kmで移動する1kgの物体が衝突すると、6kgのTNT火薬の爆発と同じエネルギーが放出されます。
今後、低軌道はさらに混雑しようとしています。SpaceX、Amazonのプロジェクト・カイパー、OneWeb Corporation、そしてカナダのTelesatは、低軌道に合計5万機以上の衛星からなるコンステレーションを配備する計画です。一方、宇宙船と既存の宇宙ゴミとのニアミスは、すでにより頻繁に起きています。2020年9月、NASAは国際宇宙ステーションにドッキングしていたProgress補給モジュールのエンジンを噴射し、ロケットの破片との衝突を回避するため、ステーションの高度を引き上げました。
宇宙ゴミに対して、私たちは何をすべきでしょうか？
1990年代半ば、NASAは増大する軌道デブリの危険性を緩和するための最初のガイドラインを発表し、他の国際機関もこれに続きました。2002年には、10の加盟国からなる機関間宇宙デブリ調整委員会が、「宇宙における人為的および自然発生的デブリに関する問題に関連する活動の調整」のための、合意に基づくガイドラインを採択しました。ガイドラインが遵守されれば、将来の宇宙においてより清浄で、より規制に適合した環境を実現できるでしょう。
航空宇宙企業は現在、宇宙ゴミに先手を打って対処するため、小型衛星の設計を進めています。衛星には、電気推進システム（イオンおよびホール効果のスラスターなど）に加え、プラズマ・スラスターを搭載し、化学ロケットからの微小粒子を抑えるほか、機能不全に陥った、または稼働を停止した宇宙船を地球の大気圏へ押し出すための、寿命末期の軌道離脱スラスターとしても使用されています。日本の研究者は、宇宙船が軌道を離脱する際に地球の上層大気に放出される有毒なデブリの量を最小限に抑えるため、木製の宇宙船の実験も行っています。
しかし、既存のデブリや、数万機の新しい衛星の導入によって必然的に生じるデブリについてはどうでしょうか？
一部の企業は、宇宙船を活用して宇宙ゴミを回収する計画を立てています。その他、軌道デブリを捕獲する方法を開発している企業もあり、その手段には、ネット、銛（もり）、および磁石などがあります。日本の東北大学の研究者は、衛星が粒子ビームをデブリに照射し、速度を落とさせ、軌道を下げて地球の大気圏に突入させるという、非接触型の軌道離脱ソリューションを開発しています。
宇宙ゴミを最小限に抑え、将来の宇宙探査のために低軌道を効果的に活用できるようにするには、既存の宇宙デブリを除去し、将来のデブリの発生を防ぐため、複数の分野にわたる協調的な取り組みが必要です。
宇宙デブリは危険をもたらしますが、宇宙デブリの緩和は、次のフロンティアで、そしておそらくは地球上で、知恵に富んだ起業家が解決策を見出す機会をもたらします。
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