研究テーマ

宇宙のごみ問題【スペースデブリ対策】!日本も産官学連携で宇宙の守り

世界中の国々が精力的に取り組んでいる宇宙開発。それらは主にアメリカやロシア、中国などの大国がリードしていますが、なかには日本が精力的に取り組んできた分野もあります。それが宇宙のごみともいわれる『スペースデブリ対策』です。

『スペースデブリ(宇宙ごみ)』とは?

「スペースデブリ(宇宙ごみ)」(以下、デブリ)は、ロケットや人工衛星から排出される、部品や破片などのこと。私たちの住む地球の周辺には、1億個ともいわれる膨大なデブリが、とてつもなく早い速度で漂っているのです。

しかし地球の軌道上には、天気予報やテレビ番組、ネット通信など、私たちの生活に欠かすことのできないインフラを提供している「人工衛星」や、さまざまな研究を行っている宇宙ステーションなども浮かんでいます。

万が一、デブリが人工衛星や宇宙ステーションなどに衝突すると各種通信サービスに障害が起こったり、宇宙空間で作業しているスタッフの命にかかわる大事故が発生する可能性があるのです。

今後も人工衛星や宇宙ステーションが安全に運用でき、ロケットなどを安心して打ち上げたりするには、膨大なデブリを排除していかなくてはいけません。

小さな破片が、人工衛星を破壊

まずデブリの危険性を考えてみます。そもそもデブリの速度はどのくらいなのでしょうか?

ジェット機の速さは秒速300メートル程度。それに対してデブリの速度は「秒速7~8キロメートル」と、地上では考えられない速度で軌道を周回しています。

高速で漂うデブリが、やはり高速で移動している人工衛星と接触すれば、衝撃の力は増します。仮に秒速10~15キロメートルの相対速度でぶつかったとすると、たとえ小さな破片であったとしても、大きなダメージをもたらすことは避けられないのは事実です。

衝突時の被害は、デブリの大きさが増すごとに深刻化していきます。10センチ以上のデブリであれば、たとえ人工衛星に「衝突防護シールド」を搭載していたとしても、完全に破壊されます。そして、その際に発生した無数の破片は、新たなデブリとなって軌道上を漂うことになります。

日本の「デブリ対策」、民間と大学も協力

日本では、1991年ごろからデブリの調査に取り組み、1999年には世界共通のデブリ対策標準の制定を提案するなど、他国に先駆けてデブリ問題に取り組んでいます。

2023年に本格稼働する航空自衛隊内新編の「宇宙作戦隊」は、JAXA(宇宙航空研究開発機構)や「アメリカ宇宙軍」と協力しながら、宇宙監視システムを構築し、デブリの動向や不審な人工衛星、隕石(いんせき)などの監視を行う予定です。

大学と企業が開発「レーザーでデブリを除去する衛星」

従来、宇宙開発やデブリへの対策は国が主体となって実施してきました。しかし近年では民間と大学が協力し、共同で宇宙の諸問題への対応に取り組む動きが活発化しています。

例えば、スカパーJSAT株式会社は、世界で初めての試みとなる「レーザーを用いてスペースデブリの除去作業を行う人工衛星」の設計、開発に挑戦しています。この取り組みに協力しているのが、理化学研究所とJAXA、そして名古屋大学と九州大学の航空宇宙工学科です。

<世界初、宇宙ごみをレーザーで除去する衛星を設計・開発>

ここで開発中の人工衛星は、デブリと化した人工衛星に対して特殊なレーザーを照射して進行方向を変え、大気圏に再突入させることを目指しています。この計画の実現のために、名古屋大学では「レーザー照射の方法」、九州大学では除去の対象となる「人工衛星の回転運動」の研究を進め開発に携わっています。

また、JAXAが取り組んでいる、ミッション終了後にデブリにならないように、特殊なひもを用いて地上に落下させる機能を備えた人工衛星の研究には、神奈川工科大工学部、東北大学が協力しています。

宇宙、デブリについて学べる大学の学部

宇宙に関する研究は、宇宙物理学や量子力学、ロケットや人工衛星などの開発など多岐にわたり、工学部で扱われることが主になります。今回取り上げたデブリなどの諸問題について研究を行う学部としては、工学部にある「航空宇宙工学科」などが挙げられます。

九州大学の宇宙機ダイナミクス研究室では、デブリの分布の安定性や人工衛星の生涯衝突率などを議論、評価するツールの開発を行っています。

名古屋工業大学の衝撃・波動研究室では、固体材料に飛翔体を超高速で衝突させる実験を通して、クレーターの形成や各種挙動を研究し、人工衛星の防御性能向上を目指しています。

参考

スペースデブリ: 宇宙活動の持続的発展をめざして/加藤 明 (著)
https://www.kenkai.jaxa.jp/research/debris/deb-faq.html

JAXA:スペースデブリに関してよくある質問(FAQ)
https://www.kenkai.jaxa.jp/research/debris/deb-faq.html