神舟20号の窓損傷を受け、宇宙飛行士が帰還船を変更
中国は、軌道上で予期せぬ事態に見舞われた後、宇宙飛行士3人を無事に地球へ帰還させた。技術者らは神舟20号の帰還カプセルの窓に微細なひびを発見した。ミッション責任者によると、損傷は小さな宇宙ごみが原因である可能性が最も高いという。乗組員は自分たちの宇宙船ではなく、次のチームを天宮宇宙ステーションへ運んだばかりの神舟21号に乗り換えて帰還した。予定されていた出発から1週間後に行われた異例の乗り換えは、ミリメートル単位の破片でさえ有人宇宙飛行を脅かし得ることを浮き彫りにした。
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3人は11月14日、米東部時間午前3時40分ごろ、低軌道で204日間を過ごした後、内モンゴル自治区の東風着陸場に着陸した。船長の陳冬と乗組員の陳中瑞、王傑は良好な状態でカプセルから出た。当初は11月5日の帰還が予定されており、10月31日にドッキングして次の6カ月間の滞在を始めた神舟21号の乗組員と短期間重なる日程だった。
損傷が確認され、神舟20号が再突入の安全要件を満たさなくなったと判断されたため、管制官は帰還を延期した。中国有人宇宙飛行工程弁公室は、宇宙船を軌道上の作業支援のためステーションに係留したままにすると発表した。同弁公室は、運用を継続し、新たな乗組員のための待機用帰還船を確保するため、シリーズ次号機の神舟22号を適切な時期に打ち上げる計画だ。
天宮で何が起きたのか
神舟20号は4月24日に打ち上げられ、乗組員の軌道への往路であると同時に、帰還に使う予定の宇宙船でもあった。ドッキング解除を前にした定期点検で、チームは帰還カプセルの窓ガラスに微細なひびを見つけた。有人宇宙船の窓は意図的に小さく設計されている。機体の外側や周囲の状況を目視で確認できる一方、厚い耐圧殻や多層シールドに比べると脆弱性が高い部分でもある。わずかなひびであっても、発見されれば詳細な分析が必要になる。
小さな窓に潜む重大な危険
宇宙船の窓は、複数の窓板と保護カバーを備えた構造になっている。多くの機体では、ガラスや溶融石英の層を組み合わせ、内側に耐圧窓、外側にデブリ防護窓を設けている。軌道速度では、粒ほどの破片でも弾丸に匹敵するエネルギーを持ち得る。静かに加圧された環境では安定して見えるひびも、再突入時の加熱や振動、圧力変化によって広がる可能性がある。構造上重要な窓を軌道上で修理するのは現実的ではなく、降下時の大きな負荷がかかる前に修理の有効性を試験することもできない。そのため技術者は、有人帰還にあたって小さな亀裂であっても許容できないと判断する。
着陸とミッションの成果
計画の直前変更にもかかわらず、ミッションは主要な目標を達成した。宇宙飛行士は、約7カ月に及ぶ滞在中に科学実験や保守作業、広報活動を行った。4回の船外活動では、ステーションにデブリ防護板や外部機器を取り付けた。東風への着陸後、乗組員が健康であることが報じられた。ミッションでは、微小重力への適応を調べるためのマウスを含む小型の生命科学実験用機材も運ばれ、飛行後の分析に向けて地球へ持ち帰られた。
なぜ窓を修理せず、宇宙船を乗り換えたのか
判断の決め手となったのはリスクだった。神舟20号の窓のひびは小さかったが、帰還時には空力加熱と大きな圧力負荷がカプセルにかかる。これほど重要な部品に対し、軌道上での補修を認証する方法はない。より安全な選択肢は、神舟20号をドッキングしたままにし、天宮に次の乗組員を運んだばかりの神舟21号で帰還することだった。
計画責任者らは、安全を軸にこの判断を説明した。中国有人宇宙飛行工程弁公室は、その方針を「人命第一、安全第一」と表現した。神舟20号を軌道上に残すことで、技術者らは損傷が時間とともにどう変化するかを観察できる。宇宙環境で実際に起きた衝突を調べる機会にもなる。
救命船がない期間と中国の対応策
神舟21号が地球に帰還したことで、天宮にいる現在の乗組員は一時的にドッキングした帰還船を失った。有人宇宙飛行計画では、このような事態を想定している。中国は、酒泉衛星発射センターで長征2号Fロケットと神舟宇宙船を高い即応態勢に置いている。最善の条件下では、チームは約8.5日で緊急打ち上げの準備を整えられる。同弁公室はまた、新たな乗組員のための軌道上の救命船を再び確保するため、適切な時期に無人の神舟22号を打ち上げると表明している。
宇宙ごみのリスクに注目
今回の事案は、世界的な問題を改めて注目の的にした。地球軌道には、追跡されている直径10センチを超える物体が3万個以上あるほか、追跡するには小さすぎるものの宇宙船を損傷させる大きさの破片が数十万個ある。低軌道にある物体はすべて、秒速約7～8キロで移動している。小さな破片でも窓に傷をつけたり、ラジエーターの配管を裂いたり、薄い壁を貫通したりすることがある。天宮や国際宇宙ステーションの運用者は、追跡網が接近を予測したデブリを避けるため、定期的にスラスターを噴射している。
近年の事例は、たった一度の衝突がミッションを大きく変え得ることを示している。2022年、国際宇宙ステーションにドッキングしていたロシアのソユーズMS-22宇宙船に小さな物体が衝突し、冷却材が漏れた。新しい宇宙船の準備が進む間、乗組員の軌道上滞在は数カ月延びた。この期間、NASAのフランク・ルビオ宇宙飛行士は米国記録となる宇宙滞在371日を達成した。2024年には、試験中の宇宙船がスラスターの不具合を受けて評価を続ける間、NASAの宇宙飛行士2人が予定を大幅に超えてステーションに滞在した。長期の遅延はまれだが、軌道上の状況がいかに流動的で、飛行計画を変え得るかを物語っている。
デブリはどこから来るのか
軌道上のごみの大半は、数十年にわたる宇宙活動の遺産だ。上段ロケットは、残留燃料と酸化剤が反応して爆発したことがある。人工衛星は、寿命末期にバッテリーが破裂して分解した例がある。兵器実験も破片の雲を生み出してきた。2007年、中国は対衛星兵器実験で運用を終えた気象衛星「風雲1号C」を破壊し、現在も地球を周回する数千個の破片を発生させた。近年のほかの破壊事象も、独自の破片を生み出している。共通する点は明快だ。破片が安定した軌道に乗ると、重力に引かれて大気圏にゆっくり落下するまで飛び続ける。
いま取れる対策
運用者は、新たな破片の発生を防ぎ、ミッションを適切に終えることでリスクを減らせる。運用終了前のバッテリーやタンクの不活性化、より早く軌道が減衰する低い軌道の利用、衛星を軌道から離脱させる廃棄噴射は、いずれも現在の指針に含まれている。広く採用されている慣行では、運用者に対し低軌道の衛星を25年以内に除去するよう求めており、さらに短い期間を目指す機関もある。ロボットアーム、ネット、ドラッグセイル、大気抵抗を高めるテザーなど、能動的な除去手段を複数のグループが試験している。実証では有望な成果が示されているものの、問題の規模に対応できる段階に達した手法はまだない。交通調整の改善や、より精密な追跡も、乗組員がより安全な回避行動を計画する助けとなる。
中国の宇宙ステーションと宇宙開発の野心
天宮は2022年に基本構成が完成した3モジュールの宇宙ステーションだ。通常は宇宙飛行士3人が6カ月間滞在し、交代時の短期間は6人を受け入れられる。ステーションの質量は国際宇宙ステーションの約5分の1だ。計画担当者らは、モジュールの追加に加え、近隣軌道を飛行して整備を受ける大型宇宙望遠鏡の計画も検討してきた。中国は2030年ごろまでの有人月面着陸を目標に掲げ、パキスタン人宇宙飛行士の飛行計画を含め、天宮に国際的な訪問者を受け入れる意向も示している。
混雑する軌道への備え
混雑した軌道上でステーションを運用するには、多層的な防護と手順が必要だ。天宮はシールドを使い、小さな粒子が耐圧壁に衝突する前に破砕する。機材の更新に合わせて、乗組員は船外活動で追加の防護板を取り付ける。窓などの重要箇所を定期的に点検することも、日常業務の一部だ。運用面も耐障害性を高める。帰還船をドッキングさせた状態に保つこと、迅速な救援打ち上げ能力を維持すること、6人が短期間滞在する場合にも対応できる物資を管理することが、計画に余裕を持たせている。
神舟20号とステーション運用の今後
当面、神舟20号は天宮にドッキングしたまま軌道上にとどまる。同弁公室によると、軌道上実験の支援に使われる。役割を終えた後、管制官は遠隔地の海域上空で制御再突入させる見通しだ。これは有人カプセルを安全に廃棄し、新たなデブリの発生を防ぐ標準的な方法である。責任者らは、補給船と無人の神舟22号の到着に備えてドッキング区画を確保できるよう、この計画を調整する。
注目すべき日程
重要な節目は、無人の神舟22号の打ち上げとドッキング、そして神舟20号の最終的な軌道離脱だ。神舟22号が無事にドッキングすれば、現在ステーションにいる乗組員の脱出手段が確保される。補給飛行は、天宮に燃料や食料、研究用物資を届け続ける。迅速な支援が必要になった場合に備え、計画では緊急打ち上げの選択肢を維持している。
ミッションに寄せた言葉
着陸後、ミッション指揮官の陳冬は今回の経験を振り返り、乗組員が宇宙飛行に伴うリスクを受け入れる理由を語った。
人類の宇宙探査の道は平坦ではありません。困難と挑戦に満ちています。それでも私たちがこの道を歩むことを選ぶのは、だからこそです
計画責任者らは、指針となる原則も改めて示した。中国有人宇宙飛行工程弁公室は、今回の事態における判断の基準を「人命第一、安全第一」と説明した。
要点
- 神舟20号の帰還カプセルの窓に微細なひびが生じた。宇宙ごみが原因である可能性が高い。
- 中国は11月5日に予定していた帰還を延期し、11月14日に神舟21号で乗組員を帰還させた。
- 乗組員は軌道上で204日間を過ごした後、内モンゴル自治区の東風着陸場に着陸した。
- 神舟20号は軌道上の作業を支援するため天宮に係留されており、後に軌道離脱する予定だ。
- 天宮には一時的にドッキングした救命船がない。無人の神舟22号を打ち上げて再び確保する。
- 今回の事案は、追跡できない小さなデブリによる危険の高まりを浮き彫りにした。
- 中国は天宮の拡張と有人滞在の継続を目指す一方、月面着陸も目標に掲げている。
