スペースX、2機の「オール電化衛星」の打ち上げに成功 - ロケット着地は失敗

米国の宇宙企業スペースXは6月15日、2機の通信衛星を搭載した「ファルコン9」ロケットの打ち上げに成功した。一方、最近のファルコン9の打ち上げで恒例となっている第1段機体の回収試験は、今回は失敗に終わった。

ファルコン9は日本時間6月15日23時29分(米東部夏時間6月15日10時29分)、フロリダ州にあるケイプ・カナヴェラル空軍ステーションの第40発射台から離昇した。ロケットは順調に飛行し、2分39秒後に第1段機体と第2段機体を分離した。

その後、第1段機体は降下を始め、大気圏に再突入し、発射台から約680km離れた大西洋上に浮かぶドローン船「もちろんいまもきみを愛している」号へ着地を試みたものの、速度を落としきれずに激突し、機体は破壊された。

一方の第2段機体は、その後も順調に飛行を続け、打ち上げから30分29秒後に通信衛星「ユーテルサット117ウェストB」を、その5分後に通信衛星「ABS-2A」を分離し、予定通りの軌道に投入し、打ち上げは成功した。

ユーテルサット117ウェストB、ABS-2A

今回打ち上げられたユーテルサット117ウェストBとABS-2Aは、ともに米ボーイングが製造した衛星で、同社が開発した「オール電化衛星」こと「702SP」衛星バスを採用している。

702SPは、軌道の変更や運用中の軌道のずれの修正などで使用するスラスター(ロケット・エンジン)に、キセノンを推進剤として使用するイオン推進システムを使っていることを特長としている。小惑星探査機「はやぶさ」でもおなじみのイオン推進システムは、従来の化学推進スラスターと比べてはるかに効率(燃費)が良いため、衛星の軽量化や、従来より多くの機器を搭載できるといった利点がある。また、702SPは機体同士を2機合体して打ち上げられるようにし、打ち上げ費用を大幅に削減することが可能となっており、今回の打ち上げでも使用された。

702SPを採用した衛星は今回で3機目、4機目で、最初の2機は昨年3月2日に、ファルコン9ロケットによって2機同時に打ち上げられている。

ユーテルサット117ウェストBは、フランスに本拠地を置く衛星通信会社ユーテルサットの子会社、メキシコのユーテルサット・アメリカズが運用する通信衛星で、西経116.8度の静止軌道から、中央アメリカからラテン・アメリカ地域に通信サーヴィスを提供する。打ち上げ時の質量は1963kgで、設計寿命は15年が予定されている。

ABS 2Aは中華人民共和国の衛星通信会社アジア・ブロードキャスト・サテライト(ABS)が運用する通信衛星で、東経75度の静止軌道から、ロシアから南アジア、東南アジア、中東、北アフリカなどの地域に通信サービスを提供する。打ち上げ時の質量は約2000kgで、設計寿命は15年が予定されている。

ユーテルサット117ウェストBとABS 2Aは、現在ともに地球に最も近い高度(近地点高度)が約400km、地球から最も遠い高度(遠地点高度9が約6万2600km、赤道面からの傾き(軌道傾斜角9が24.68度の、スーパーシンクロナス・トランスファー軌道[注1]と呼ばれる少し変わった軌道に乗っている。両衛星はこのあと、自身のスラスターを使って徐々に高度3万5800kmの赤道上にある静止軌道へ乗り移る予定となっている。

第1段機体回収は失敗

最近のファルコン9の打ち上げでは、第1段機体の回収試験が恒例となっているが、今回は残念ながら失敗に終わった。

スペースXはロケットの低コスト化を目指し、一度打ち上げたロケットを回収し、再び打ち上げに使うための開発や試験を数年前から続けている。昨年末にはロケットを発射場に程近い陸上に、また、今年4月9日と5月6日、5月28日には洋上の船への着陸に成功していた。

打ち上げられたロケットを発射台まで戻すためには、エンジンを噴射してUターンし、それまで飛んできたコースを引き返す必要があり、その分推進剤に多くの余裕が必要となる。しかし、飛行コースの真下にある洋上の船に降ろせるようになれば、Uターンの必要がなくなり、衛星の質量や打ち上げる軌道の都合で余裕が少ない場合でも機体を回収できるようになるため、再使用の頻度を上げることができる。

通常、ファルコン9が陸上、もしくは船上に着地する際には、水平方向の速度を落とすため(あるいは発射場まで戻るようにUターンするため)の「ブーストバック噴射」、大気圏再突入時の速度を抑えるための「再突入噴射」、最終的に着陸するための「着陸噴射」の、大きく3回のエンジン噴射を行う。

しかし、今回を含むここ3回の打ち上げは、重い衛星を遠くの軌道まで飛ばすミッションだったため、ロケットに残る余裕が少なく、ブーストバック噴射が行えなかった。そのため、通常よりも速い速度で大気圏に再突入するため制御が難しく、また大気から受ける熱、圧力も大きくなるといった、難しい条件での着地を強いられることになった。

そこで5月6日の試験では、通常は1基のエンジンで行う着陸噴射を、3基のエンジンで行うことで、急ブレーキをかけるようにして一気に降下速度を落とすという、新しい方法を使い着地に成功。5月28日の試験も同様の方法で成功していた。

しかし、今回も着地までは順調だったものの、機体は船に激突し破壊され、失敗に終わった。スペースXのイーロン・マスクCEOによると、着陸噴射では3基のエンジンがすべて最大推力で噴射する必要があるものの、そのうち1基の推力が不足していたという。そのため十分に減速できず、機体は船に衝突することになったとみられている。今のところ、その原因は明らかになっていない。

失敗が確認された後、マスク氏は「現在、今回のように3基中1基のエンジンの推力が不十分だった場合でも着地できるようにする改良を行っており、今年の終わりごろにも実現するだろう」と明らかにした。この改良がどういうものかは、今のところ明らかにされていない。

ファルコン9の打ち上げは今回で今年6機目となった。スペースXはまた、7月16日に「ドラゴン」補給船を載せたファルコン9を国際宇宙ステーションへ向けて打ち上げることを予定している。この打ち上げでは、昨年末以来となる、発射台にほど近いケイプ・カナヴェラル空軍ステーションにある着陸場「ランディング・ゾーン1(第1着陸場)」へのロケットの着陸が計画されている。

その後も2～3週間おきにファルコン9を打ち上げるとともに、回収試験も続け、さらに今年の秋ごろには、回収したロケットの再使用に挑みたいと明らかにしている。

【脚注】

注1: スーパーシンクロナス・トランスファー軌道とは、衛星がロケットから分離した後、最終的な目的地である静止軌道まで行くのに必要なエネルギーを小さくするための方法のひとつである。

通常の静止トランスファー軌道は遠地点高度が静止軌道と同じ約3万5800kmだが、スーパーシンクロナス・トランスファー軌道では6万kmや10万kmといった高い軌道に衛星を乗せる。

すると、遠地点で衛星がもつ運動エネルギーの多くが位置エネルギーに変換されるため、軌道の傾き(軌道傾斜角)の変更が、通常の静止トランスファー軌道からおこなうよりも少ない燃料でできるようになる。最終的に遠地点高度を静止軌道と同じ高さまで下げる必要はあるものの、トータルで見ると燃料の消費量は少なく済む。ただし、この方法はロケット側の負担が大きくなるため、その分打ち上げ能力が落ちてしまうという代償を伴う。また、衛星の高度が非常に高くなることで、ロケットや衛星の追跡や通信が難しくなり、運用が大変という問題もあり、万能な解決策ではない。

静止軌道の真下にあたる赤道近くから打ち上げる場合には意味はないが、米国やロシアなど、緯度の高い地域から打ち上げられるロケットは、スーパーシンクロナス・トランスファー軌道への打ち上げをたびたび行っている。

【参考】

・Eutelsat/ABS Mission in Photos | SpaceX
　http://www.spacex.com/news/2016/06/15/eutelsatabs-mission-photos
・http://www.spacex.com/sites/spacex/files/spacex_eutelsat_abs_press_kit.pdf
・EUTELSAT 117 West B
　http://www.eutelsat.com/en/satellites/future-satellites/EUTELSAT-117WB.html
・ABS » Satellite Fleet
　http://www.absatellite.com/satellite-fleet/?sat=abs2a
・http://www.boeing.com/resources/boeingdotcom/space/ boeing_satellite_family/pdf/Bkgd_702SP.pdf