防衛省において「宇宙巡回船」という自衛隊専用の人工衛星が検討されているといいます。名前だけ聞くと宇宙空間を飛び回るフネ、すなわちSF作品に出てくる「宇宙巡洋艦」のようなイメージですが、一体どんなものなのでしょう?

防衛省が考える「宇宙巡回船」とは

 2021年10月上旬、一部報道において防衛省が「宇宙巡回船」なるものの建造を検討しているというハナシが取り上げられ、話題になりました。これは、宇宙空間の警戒監視や人工衛星の修理および補給を担うための無人宇宙船とのことですが、いまいちイメージし難いのも事実です。現在出ている報道から読み取れる「宇宙巡回船」の目指す役割について、「宇宙状況監視」「人工衛星の長寿命化」をキーワードにしてひも解いてみましょう。

 そもそも防衛省は、2020年度に航空自衛隊内に「宇宙作戦隊」を発足させました。2023年度から宇宙状況監視(SSA)体制の本格的な運用を始めるためで、2021年度現在はその準備を行っている段階です。

 宇宙状況監視の具体例として、防衛省は2020年度の防衛白書で「わが国の人工衛星にとって脅威となる宇宙ゴミなどを監視するためのレーダーと情報の収集・処理・共有などを行う運用システムの整備を進めている。」と述べています。さらに、目的を達するためJAXA(宇宙航空研究開発機構)などの関係機関や米国などの関係国との連携強化を図ることを挙げています。

 今回、報じられた「宇宙巡回船」はここに関連するハナシなのですが、どうにも不思議な部分があります。とはいえ、それを理解するためには「宇宙状況監視」と「衛星の長寿命化」、2つの話が必要です。

宇宙状況監視とは

 まず宇宙状況監視、これは「宇宙状況認識」や「宇宙状況把握」とも呼ばれ、宇宙空間の安定的な利用や宇宙環境の変動による災害等のリスク低減を目的として行うものです。

 そのために必要な人工衛星には、測位衛星や早期警戒衛星、通信衛星、気象衛星、画像収集衛星などがあり、それぞれ既存の衛星を流用したり、足りない分については新規に開発したりすることで対応していくことになっています。

 すでにSSA衛星は、2026年度までに打ち上げることで計画が進んでおり、予算もそれに応じて配分されているので「宇宙巡回船」とは別のハナシだと考えられます。

 宇宙状況監視の目的は、宇宙ごみ(スペースデブリ)とキラー衛星への対策です。宇宙ごみは使用済み人工衛星やロケット上段部分といった大型のものから、ネジ1本のような小さなものまで多種多様。これらが衝突して衛星が破壊される可能性が高まっていることもあり、世界中で対策が進められているところです。

 キラー衛星は、他国が保有する人工衛星に接近して妨害・攻撃・捕獲するための、いわば攻撃用衛星といえるものです。宇宙空間に存在されると都合の悪い人工衛星を無力化するものであり、軍事機密に当たるために詳しい内容は明かされていませんが、一部の国ではすでに開発・実証実験が進められていると言われています。

衛星の長寿命化のカギは燃料補給

 人工衛星を打ち上げて運用するにあたり、気になるのが寿命です。人工衛星の製造と打上げには、少なく見積もっても1機当たり数百億円単位の予算がかかります。継続して衛星を保有する場合には、このような莫大な金額が一度きりではなく、後継機を打ち上げ続ける限り必要になるため、一度打ち上げた衛星はなるべく長く使いたいところです。

 衛星の寿命は、軌道寿命、搭載機器の寿命、そして燃料の搭載量、この3つの要素で決まります。軌道寿命は衛星が飛んでいる高度で決まり、搭載機器の寿命は劣化や故障の発生確率で決まります。どちらも避けようのないもので、ある程度計算はできます。

 燃料については、打ち上げ時に積んでいる姿勢制御用のものを、どれほど効率よく使えるかにかかっているのですが、実は事前の正確な予測が難しいのです。ゆえに現在、衛星が寿命を終える原因の多くは燃料の枯渇によるものです。

 防衛省が保有する予定の衛星は、監視のために頻繁に軌道や姿勢を変える可能性が高く、そのたびに燃料を消費していきます。塵も積もれば山となるように、1回あたりは少しでも、度重なれば切実な問題になります。最初から大量に積めれば良いのでしょうが、ロケットで打ち上げられる重量は決まっているため、人工衛星への燃料搭載量は搭載機器や衛星構体の重量などから換算すると自ずと定まります。

 この燃料搭載量の問題は、途中で補給できれば解決します。打ち上げてしまった衛星を大気圏内に降ろすことはできませんから、冬場の灯油宅配サービスのように、燃料を詰めた人工衛星を宇宙空間へ飛ばし、当該衛星に“配送”すれば良い、ということです。

 とはいえ、日本は基礎技術こそ持っているものの、「言うは易く行うは難し」の状況で、実用レベルへ到達する開発と運用は難しいのです。

野心的すぎる「宇宙巡回船」

 世界を見れば、こうした衛星はすでに打ち上げられており、実績はあります。アメリカの大手航空企業ノースロップ・グラマン傘下にあるスペース・ロジスティクスが、ミッション・エクステンション・ヴィークル(MEV:Mission Extension Vehicle)として2基(MEV-1、MEV-2)を打ち上げ、通信用のインテルサット衛星の運用寿命を延ばすのに成功しています。

 ただ、“送り先”のインテルサット衛星は、運用途中で燃料を補給することを考慮した設計にはなっていなかったので、タンクに燃料を注入するのではなく、MEV自体がインテルサット衛星に取り付き、自身の持つ姿勢制御システムで、取り付いたインテルサット衛星の姿勢制御を補助するという設計でした。

 冒頭に記した当該記事を読むと、防衛省が考える「宇宙巡回船」は、このような「宇宙状況監視」と「衛星の長寿命化」の2種類の役割を一つの衛星で担おうというように書かれているため、たとえるならば、海上自衛隊のP-3CやP-1といった哨戒機と、航空自衛隊が持つKC-767空中給油・輸送機の両方の機能を持つ“多用途機”を生み出そうというものだと言えるでしょう。

 これが実現できれば確かに画期的なことですが、もともと役割が違う「宇宙状況監視を担う衛星群」と「長寿命化のための燃料配達衛星」をひとつにしたところで、中途半端なものができてしまうのではないかとも思えます。どちらの役割でもも、そもそも自らの燃料消費自体が大きくなるミッションを担うので、なおさらです。

 深読みするなら、「実現できるか分からない野心的な取り組みだ(原文ママ)」と言う防衛省幹部のコメントには、前出の筆者(金木利憲:東京とびもの学会)が憂慮する点も織り込まれているような気がしてなりません。