NASAのスターシップ・フォー・ムーンへの大胆な賭けは宇宙飛行を永遠に変えるかもしれない

NASAの宇宙飛行士が数年後に再び月へ戻る際、彼らはアポロ時代の着陸船をはるかに凌駕する巨大な着陸船に乗り込むことになる。スペースXのスターシップは、ノーズコーンから着陸脚まで50メートルもある。対照的に、1969年にニール・アームストロングとバズ・オルドリンを月へ運んだ、窮屈な月着陸船は、わずか7メートルの高さだった。

これは、NASAが1週間前にSpaceX社に、そしてSpaceX社のみに、月面への2つのミッションの開発、試験、そして飛行を行う契約を授与するという決定を下した、真に衝撃的な数ある側面の一つに過ぎません。宇宙飛行士を月へ運ぶ2回目のミッションは、早ければ2024年に打ち上げられる可能性があります。

NASAはSpaceXに対し、これら2つのミッションに対し28億9000万ドルを授与しました。しかし、NASAが2020年代後半にSpaceXを定期的な月探査ミッションの実施に選定した場合、この契約額は膨れ上がるでしょう。そして、この契約はSpaceXとNASAにとって、他にも様々な点で価値があります。おそらく最も重要なのは、この契約によってNASAが大胆な探査の未来に賭けていることです。これまでNASAが検討してきた深宇宙における有人探査計画は、いずれもアポロ計画を彷彿とさせるものでした。NASAはコスト面で「持続可能な」ミッションや計画を謳っていましたが、それは名ばかりの持続可能なものでした。

NASAは、開発上の多くのリスクを伴うスターシップに賭けることで、はるかに明るい未来への賭けに出たと言えるでしょう。それは、少数の宇宙飛行士が月や火星に行くのではなく、数十人、そして数百人の宇宙飛行士が月や火星に行く未来です。この意味で、スターシップはNASAと人類の探査にとって、根本的な転換点となるでしょう。

「もしスターシップがイーロン・マスク氏が設定した目標を達成すれば、スターシップがこの契約を獲得することは、地球上でアメリカ政府が西部開拓時代の鉄道を支援するのと同じことだ」と、太陽系への人類の移住を提唱するリック・タムリンソン氏は述べた。「これは、現代人には到底理解できないほどの変革をもたらすだろう」

それでも、私たちは、スターシップが変革をもたらす可能性があるいくつかの方法を理解しようと努めます。

1. スターシップは予定より早く

4月16日のNASAの発表に先立ち、私はSpaceXが着陸船開発プロセスのこの早い段階でNASAから唯一の、あるいは最大の賞金を受け取るとは予想していませんでした。

約1年前、NASAは有人着陸システム（HLS）の入札で3社を選定しました。10ヶ月にわたり、3社はそれぞれ設計を微調整し、NASAのエンジニアと協力して、自社の着陸機がNASAのニーズをどのように満たせるかを説明しました。ブルーオリジン率いるチームは、NASAの3段式着陸機の要求に合わせた、最も従来的な設計を提出しました。ダイネティクスは、再利用性を考慮しつつも、月面に数名の宇宙飛行士を着陸させるサイズに抑えた革新的な着陸機を提案しました。

対照的に、SpaceXは火星探査機を月着陸船として申請しました。過去5年間、SpaceXは主に自己資金で、巨大ロケット「スーパーヘビー」の再利用可能な上段ロケット「スターシップ」の開発を行ってきました。この宇宙船は、6ヶ月間の旅で一度に数十人を火星へ運ぶことを目指しています。そのため、スターシップは2～4人の宇宙飛行士を月面に着陸させるには大きすぎるサイズです。しかし、3機の着陸機の中で、完全再利用への直接的な道筋が見える唯一の着陸機です。

スターシップは、その大きさと壮大な構想から、3つの宇宙船の中で最も技術的に要求が厳しい宇宙船でもあります。最大の課題の一つは、スターシップを月面と地球に着陸させることです。また、月やそれより遠くへのミッションを遂行するために、スペースXは地球低軌道でメタンと液体酸素燃料をスターシップに補給する技術を開発する必要があります。

「人類が知る最も困難な工学的課題の一つは、再利用可能な軌道ロケットを作ることだ」と、スペースXの創業者イーロン・マスク氏は約1年前に私に語った。「完全に再利用可能な軌道システムを作るのは、途方もなく難しい」

スターシップの設計を検証するには、数多くの技術的な奇跡が必要なため、NASAはSpaceXの宇宙船が実際に飛行するまでは、着陸機として完全にはコミットしないだろうと私は考えていました。もしかしたら、スターシップを軌道に乗せるだけでNASAにとって十分な技術実証になるかもしれません。あるいは、SpaceXが月面にスターシップを着陸させる必要があるかもしれません。スターシップの実現可能性を実証する必要があるという認識こそが、マスク氏とSpaceXが昨年、南テキサスでこれほど猛烈な勢いでスターシップを建造し、打ち上げた理由の一つです。実際にやってみることでのみ、NASAはスターシップを信じるだろう、というのが彼らの考えでした。

NASAは、スターシップが高高度飛行試験を経て安全に着陸する前から、この野心的なプログラムにコミットしています。この意味で、NASAによるスターシップへの支援は予定より前倒しで行われています。

2. SpaceXは火星探査にNASAを必要とする

SpaceXが過去10年間で100機以上のロケットを打ち上げたことで、同社のエンジニアが革新的な新型ロケットの設計、製造、そして飛行において世界最高レベルに達していることが明白になりました。ファルコン9プログラムの遂行、第一段再利用の実証、そしてファルコン・ヘビーロケットの開発が、このことを証明しています。

しかし、優れたロケットを作ることと、人類が火星へ旅立ち、着陸し、そこで生き延びるために必要な他のあらゆる能力を開発することは、全く別の話です。

宇宙活動に関しては、SpaceXは商業有人宇宙船プログラムの一環として、NASAのクルードラゴンの専門知識を活用してきました。また、深宇宙を経由して火星への長期滞在に必要な技術に関しては、SpaceXの経験が限られています。クルードラゴン宇宙船では、空気、水、その他の消耗品のリサイクルがほとんど行われていないからです。一方、NASAは10年以上にわたり、国際宇宙ステーションの宇宙飛行士と共にこれらの問題に取り組んできました。

NASAは数十年にわたり、月と火星へのミッションに関する研究も行ってきたと、2000年から2010年までNASAでシステムエンジニアとしてこの種の分析に携わったアビ・トリパティ氏は述べた。トリパティ氏はNASAを離れ、スペースXでドラゴン宇宙船の貨物および有人バージョンの開発に携わり、2020年にカリフォルニア大学バークレー校に移った。

「NASA​​は間違いなく、SpaceXが人類を火星に送るという共通の目標を達成するために、豊富な貴重な情報、技術、そして各分野の専門家を投入するだろう」とトリパシ氏はArsに語った。

NASAとSpaceXがStarshipの早期段階から協力することで、輸送に関係のない様々な課題の解決にも貢献します。例えば、火星表面での原子力発電の開発を促進するには政府機関が必要になります。また、火星への有人ミッションは、惑星保護の問題やその他の国際的な懸念を引き起こすでしょう。NASAとSpaceXが協力することで、米国政府はこれらの問題全てへの対応に貢献できることになります。

突然ですが、今から約10年後の火星への人類の着陸は、はるかに現実的に思えてきます。

3. NASAは画期的な技術に賭ける

スターシップのような宇宙船は、世界がかつて見たことのないものです。もし成功すれば、この巨大な宇宙船はNASAにこれまでなかった新たな可能性をもたらすでしょう。スターシップは、長年の目標であった打ち上げシステムの迅速かつ低コストでの再利用を実現する可能性があるからです。

現状を考えてみましょう。NASAが開発中の大型スペース・ローンチ・システム（SPSS）ロケットは、95トンの貨物を低地球軌道に打ち上げることができます。NASAとボーイングを筆頭とするその請負業者は、年間1機の製造能力を備えています。この使い捨てロケットは、1回のミッションにつき約20億ドルの費用をかけて1つのペイロードを打ち上げ、その後海に投下します。

打ち上げ能力という点では、両機はほぼ同等です。スターシップとスーパーヘビーは、それぞれ約100トンの貨物を低地球軌道に打ち上げることができます。しかし、SpaceXはすでにスターシップを月に1機建造する能力を備えており、各ブースターと宇宙船を数十回再利用する計画です。NASAが年間20億ドルで、年間1回のミッションではなく、2週間ごとに100トンの貨物を軌道に打ち上げられる宇宙計画を想像してみてください。本当に、少し立ち止まって、じっくり考えてみてください。

NASAの関係者は、SpaceX社を選定した際に、この可能性を認識していたようだ。「私たちは、産業界のパートナーがイノベーションとソリューションの面でどのような成果をもたらしてくれるかを探っていました」と、有人着陸システムプログラムマネージャーのリサ・ワトソン＝モーガン氏は述べた。ここで重視されているのは、イノベーションと、古い問題に対する新たな解決策だ。

「スターシップの構造を選択することで、NASAは超重量の打ち上げ機、宇宙での推進剤貯蔵庫、宇宙での燃料補給、惑星表面への大きな上下質量への道を開くことに貢献している」と、NASAとスペースXの両方の観点からこれらの問題を調査したトリパシ氏は述べた。

言い換えれば、スターシップが成功すれば、NASAは宇宙で取り組むべき大きな目標を1つか2つだけ選ぶ必要がなくなり、同時に多くの異なる活動を行うことができるようになるのです。

4. NASAがSLSの競合企業に資金提供

では、なぜNASAはSLSブースターと直接競合する打ち上げシステムに資金提供しているのでしょうか？はっきり言って、NASAの意図はそこにはありませんでした。記者会見でNASA関係者は、この資金提供について説明する際に、SLSとオリオン宇宙船はアルテミス計画の重要な一部であり続けると慎重に述べました。しかし実際には、NASAはSLSロケットを廃業に追い込む可能性が非常に高いのです。

NASAは有人着陸システムの選定により、スターシップとスーパーヘビーに承認を与えました。この打ち上げシステムは、最終的にNASAの打ち上げサービスプロバイダープログラムが管理するカタログに掲載され、他の機関のプログラムがミッション用に調達できるようになります。これは、スターシップのペイロードフェアリングの大容量が役立つ大型宇宙望遠鏡にとって、大きな恩恵となる可能性があります。

「もし私がNASAの他の部署の職員だったら、これらの重要な新機能を使っていつか何ができるか、個人的にあらゆる種類のアイデアを思いつくだろう」とトリパシ氏は語った。

全体像から見ると、28億9000万ドルはNASAがSLSロケットに既に投資してきた金額と比べれば大した額ではありません。NASAは毎年、ロケットと関連する地上システムの開発費としてこの金額を費やしています。SLSロケットはボーイングなどの大手宇宙企業とのコストプラス契約を通じて資金提供されているため、コスト管理や製品の納期遵守へのインセンティブは低いのです。予想通り、SLSロケットは予算を大幅に超過し、当初の打ち上げ予定日である2016年末から5年も遅れています。

こうした状況から、SLSは雇用創出プログラムだという批判が生まれています。実際、SLSは全50州で雇用を創出し、数百もの中小企業を支援しています。そしておそらく、これが議会がSLSのコストと遅延にもかかわらず、断固として支持してきた理由でしょう。

対照的に、スターシップは雇用創出プログラムではありません。むしろ、議会の観点から見れば、雇用を奪うプログラムです。

5. SpaceXは優位になりすぎているのか?

SpaceXは、NASAから目覚ましい数の契約を獲得してきました。過去10年間で、国際宇宙ステーションへの貨物と乗組員の輸送、月面ゲートウェイの打ち上げ、同ゲートウェイへの貨物の供給、そして今や人類の月面到達といったNASAの契約を獲得しています。

アルテミス計画は、スペースXの月周回計画へと発展する可能性もある。どのように？現在の計画では、スーパーヘビーロケットでスターシップを月周回軌道に打ち上げる。数日後、SLSロケットでオリオン宇宙船に搭乗した乗組員を打ち上げ、月周回軌道上でスターシップとドッキングさせる。乗組員はスターシップに乗り換え、月へ向かう。スターシップで月周回軌道に戻った後、宇宙飛行士はオリオンに乗り込み、地球へ帰還する。

しかし、スターシップが人類にとって月面着陸に安全であるならば、地球から宇宙船に搭乗して人類が打ち上げられるだけでも安全ではないでしょうか？ そうすれば、NASAはSLSとオリオンを合わせて1ミッションあたり約30億ドルの打ち上げ費用と、月周回軌道上での複雑なランデブーとドッキングを節約できます。これが真に持続可能な月探査プログラムの未来形と言えるでしょう。

NASAとSpaceXにとっては良いことですが、他の宇宙飛行企業はどうでしょうか？SLSとオリオンを使った（はるかに）費用のかかる計画では、NASAはボーイング、ロッキード・マーティン、ノースロップ・グラマン、エアロジェット・ロケットダイン、ユナイテッド・ローンチ・アライアンスといった大手航空宇宙企業に加え、全米の数多くの小規模企業にも資金を提供しています。StarshipはSpaceXとその限られた数のサプライヤー、そして…最終的に月探査用の宇宙服を製造する企業に直接支援を提供しています。

したがって、スペースXのみによる探査プログラムがアルテミス計画で議会の幅広い支持を得ることは難しい。歴史を振り返ると、敗北したすべての請負業者は、献金で支援する政治家に対し、計画に積極的に反対するよう働きかけるだろう。

国際的なパートナーとの関係や、それがもたらす地政学的影響はどうでしょうか？今週、米国上院商務委員会で行われた承認公聴会で、NASA次期長官ビル・ネルソン氏は、アルテミス計画に参加する国々の連合拡大が自身の大きな目標の一つであると述べました。NASAのスペースXへの依存度を高めることは、この目標に逆行する可能性が高いでしょう。