地球と宇宙の境界を飛べ! 日本の試験衛星「つばめ」が拓く、新たな宇宙利用の可能性

超低高度衛星技術試験機「つばめ」の想像図 Image Credit: JAXA

 三菱重工と宇宙航空研究開発機構(JAXA)は2017年12月23日、H-IIAロケット37号機の打ち上げに成功した(※参照:『日本のH-IIAロケット、打ち上げ成功! 今回臨んだ新たな挑戦と、そこから生まれるビジネスチャンス』)。

 このロケットには、気候変動を観測する衛星「しきさい」(※参照:『日本の人工衛星「しきさい」がまもなく宇宙へ! 気候変動の謎を解き、地球の未来を守れ』)のほか、JAXAと三菱電機が開発した「つばめ」という小型の試験衛星も搭載されていた。「しきさい」も「つばめ」は現在、本格的な運用開始に向けて準備している段階にある。

 このうち「つばめ」は、「超低高度衛星技術試験機」とも呼ばれる衛星で、高度180~300kmという、これまであまり衛星が飛んだことのない低い高度を飛び、将来的な実利用に向けた知見を得ることを目的としている。しかし、これほど低い高度には、大気の抵抗と、衛星を破壊する原子状酸素という物質が存在するため、利用はもちろん、ただ飛ぶことさえ一筋縄ではいかない。

 なぜ「つばめ」は、あえてこの難しい場所を飛ぼうとしているのか。飛ぶためにいったいどんな工夫が施されているのか。そして、この地球と宇宙の境界にあたる場所にはいったいどんな可能性が眠っているのだろうか。

地球と宇宙の境界

 宇宙といえば、真っ暗で、空気のない真空、そして果てしなく広がっているという印象が一般的だろう。しかし、いったいどこからが宇宙なのか? どこまでが地球なのかという問いは、一言で答えるのが難しい。

 たとえば米国航空宇宙局(NASA)や国際航空連盟(FAI)など、多くの機関や団体は高度100km以上を、また米国空軍は高度80km以上を宇宙空間とみなしている。

 だが、もちろん高度100kmのところに、地球と宇宙の明確な境目があるわけではない。高度100kmを境に、とつぜん空気がなくなるというわけではなく、実際には地上から上空に上がっていくのに伴って、徐々に大気が薄くなり、100kmあたりでほとんどなくなることから、キリのいい高度として100kmが宇宙の始まりと位置づけられている。

 しかし、高度100kmではまだ、ほんのわずかながら大気が存在する。わずかとはいえ、人工衛星は大気との抵抗を受けることで、その抵抗が積もり積もって速度が削られ、高度が落ちてしまう。

 そのため多くの人工衛星は低くとも高度400km以上のところを飛んでいる。たとえば国際宇宙ステーションは約400km、カメラなどで地球を観測する地球観測衛星は600~800kmあたりを飛ぶ。

 それでも、まだわずかに存在する大気のせいで徐々に高度が落ちてきてしまうため、定期的にロケットを噴射して高度を上げなくてはならない。

他の衛星が飛ぶ軌道と、「つばめ」が飛ぶ軌道 Image Credit: JAXA

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