JAPAN RESPONSIVE SPACE
　(エアワールド2006年4月号抜粋)：詳細は雑誌「エアワールド2006年4月号」をお買い求めください

今月号からは「次世代宇宙戦略シリーズ」として新たにスタートを切ることになった。これは世界の宇宙組織から存在感が薄れつつある日本の宇宙開発・宇宙活動の実態を分析し、新たな時代へ向けて一体何が必要かを検証するシリーズである。本稿ではその第一弾として「Responsive Space」をキーワードに掲げて考察し、次世代の宇宙システムに必要なものは何なのか考察したい。

◎Responsive Spaceの概念とは？

　さて、Responsiveとはどのような意味があるのだろうか？辞書を引いて見ると「敏感な、反応する、制御しやすい、感応しやすい」という意味がある。つまり「Responsive Space」を翻訳すると「即応型宇宙」ということになる。そしてさらに「Responsive Space」を調べると「Affordable」という言葉もよく目にする。これは「手頃な価格」という意味があり、これを組合わせると「即応型宇宙をお手頃価格で」ということになる。

　近年では「製造高・コスト高・納期遅れ克服（システム革新）」を目指して即応型宇宙システムをいう概念研究が積極的に進められている。では海外の具体的な検討事例を見てみよう。

　
退役したタイタン４ロケットと製造ライン（出典：Lockheed martin）

アリアン４（出典：CNES）　

 
　ドニエプルロケットと地下発射サイロ（出典：コスモトラス）　

◎即応型宇宙システムへのアプローチ手法

　さて、この即応型宇宙を実現するための打上げ手段について、どのようなシステムアプローチがあるのか調べて見ると、即応型宇宙の打上げ手段は

▼ 既存改良型

▼ 新システム型

▼ 折中型

と大きく３つに分かれているようだ。

まず既存改良型は地上発射型ロケットやICBM派生型ロケットを使用して即応型宇宙を目指すアプローチ手法だ。その例がオービタルサイエンス社のトーラスロケットやミノトウルロケット、SPACEX社のFALCONロケットである。トーラスロケットやミノトウルロケットは弾道ミサイルのミニットマンやピースキーパーの1段目、2段目などを流用し、打上げシステムを可能な限り簡素化、構築している。次のFALCONロケットは、液体燃料型であるにも関わらず、トラックの架台にロケットを載せて移動する方式を採用している。このFALCONロケットは射場付近に到着すると、「架台がそのまま発射台」となり、2,3日かけてロケットをチェックし、衛星を搭載した後にロケットを垂直に立てて打上げる方式だ。

　　 
Taurus（出典：NASA）　          　　　FALCON（出典：SpaceX）　  

　次の新システム型は、過去の紙面で紹介したカリフォルニア工科大学が開発を進めているSwiftランチ、スペースランチ社のRASCAL、F-14・F-15・M-55・Mig-25・C-5・C-17・An-124などの航空機からロケットを打上げて即応型宇宙を目指す概念である。これらの概念はモバイルランチとして既存航空機や新規建造の航空機を1段目として使用し、新規開発の空中発射ロケットや往還機を2段目以降に使用して打上げるシステムである。これらは過去の誌面（エアワールド2005年7月号、9月号、11月号、12月号）で述べたので詳述は避けるが、このシステムは、新システムのロケット打上げ手段として、ロシア、アメリカ、イギリス、イスラエル、カナダ、オーストラリア、台湾、イタリアなどで研究・実用化が進められている。

　　　　　新システム型（出典：スペースランチ社、CAL tech、エアランチ社）

　最後の折中型は、文字通り「既存改良型」と「新システム型」の良い部分を採用して組合わせる方式で、過去の誌面で紹介した日本の「M-V、SS-520のABSL」、アメリカの「ピースキーパーABSL」、「ミニットマンABSL」、ロシアの「ゼニットABSL」、イタリアの「VEGAのABSL」である。このABSL（Aircraft based satellite Launch）は既存のロケットと既存の航空機を組み合わせて即応型宇宙を目指す概念である。

　　　M-VのABSL（出典：IAF-90-178）　　

ミニットマンの空中発射（出典：USAF）

　このような打上げ手段の模索によって即応型宇宙を目指すシステム研究が進められている。そしてこれら「打上げ手段の即応型宇宙システム」開発のもう1つの狙いとしてはいるのは、射場経費の大幅な削減である。現在、アメリカでは本土にバーデンバーグ空軍基地とケープカナベラル空軍基地に射場がある。この年間射場維持経費は膨大で、その原価償却にはかなりの時間を要しているとの事である。これは欧州のアリアンロケットも同じであり、アリアンロケットを販売するアリアンスペース社は、アリアン４ロケットからアリアン５へ移行後、商業静止衛星需要の冷え込みにより赤字に転落、その損失をフランス政府が補填し続けている状況との話は欧州の知人から聞いている。

　このようにロケット打上げ射場は、宇宙活動において華々しく宣伝できる一方で莫大な射場維持費用に悩まされているのが現状で、これ以上同様な射場システムを構築すれば、射場コストがさらに膨れ上がり、続に言う「裏コスト」を隠せない状況となってきているそうだ。したがって即応宇宙システムの開発では「シンプルな射場」か「ABSLシステム」というロケットと打上げシステムのコストが膨大とならないよう「システム革新」を掲げて行われている。

◎衛星もシステム革新

　これら打上げ手段の即応宇宙化に平行して、衛星製造も当然ながら即応型へ向けて研究が進められている。

　 
TOPSAT（出典：QinetiQ、SSTL）

（Topsatは125kgの重量で17x17kmの地域を解像度はパンクロ2.86m、カラー5mで撮像可能、打上げ費込みで約25億円）

▼具現化する打上げシステム（既存改良型）

　さて、過去の誌面にて様々な打上げ手段を紹介してきたが、その中で即応型宇宙として具現化しつつある打上げシステムについて紹介したい。最初に挙げられるのがドニエプル及びミノトウルである。ドニエプルロケットは、一部では電気推進併用した打上げ手段で最大2.4tの静止衛星を軌道投入できる方針を発表しているが、そもそもドニエプルロケットはICBMであるSS-18（RS-20）を使用した弾道ミサイル派生型ロケットのため、即応性を備えたロケットである。

　次に即応型検討が進められているのがピースキーパー弾道ミサイルを使用したミノトウル�Wロケットである。これは固体燃料式のICBMピースキーパーをそのまま流用し、第4段目にOrion38と呼ばれるペガサスロケットで使用された固体燃料ブースターを搭載して打上げる即応型宇宙LVS（Launch Vehicle System）だ。これは前身であるミノトウル標準型がICBM派生型であったが、改造部分が多くコスト高となってしまった経緯があり、ミノトウル�Wではピースキーパーを完全ベースに低価格化を目指している。しかも興味深いのは打ち上げ能力で1t程度の衛星を軌道投入できる能力だ。また、発射台が図に示すように非常にシンプルで、道路やビル建設で使用されるクレーン車両を使って組み立てる体制のため、大幅な射場コストを必要としない。

ミノトウル�Wと発射台（出典：Orbital Science）

したがって、ミノトウル�Wの価格が約22億円のため、低軌道へ1t程度の衛星を打上げる同等性能のロケットを製造するなら、この価格以下を目指すことが必須だろう。

　以上のように既存ロケットを改良することにより、SMALL衛星（1t未満）に対応して射場コストやロケット価格を下げる即応型宇宙の開発が着々と進められている。

　しかしその一方で、即応型打上げ手段として可能性が検討されていたが、結局は小型衛星打上げ手段として失敗した可能性を指摘する声が高いのが、SPACEX社のFALCONである。当初SPACEX-FALCONは低価格の小型衛星打上げ手段として期待されていたが、5億円という壁は破れず、近年の報道ではエンジンを大量にクラスター化して大型ランチャーとする方針転換を発表した。さらにSPACEX社は大型ロケットメーカーであるボーイングとロッキードのデルタ４やアトラス５の連合であるUnited Launch Services社へ対して「アトラス５とデルタ４の連合は不当だ」として訴訟を起し、却下されている。液体ロケットのコストダウンの壁は高かったようで、SPACEX社は大型路線へ変更せざるを得なくなったようだ。やはり液体ロケットは配管やバルブが高コストであるため、低コスト化は壁が高いようだ。

FALCON-5（出典：SPACEX）


9個エンジンを搭載したFALCON-9（出典：SPACEX）

▼具現化する打上げシステム（新システム型）

　さて新システム型の即応宇宙化の動きだが、この原稿を書いている途中に興味深い情報が飛び込んできた。それは新システム型でマイクロ衛星（100kg未満）の打上げ手段としてF-15イーグル戦闘機を発射母機とした小型衛星打上げロケット開発が本格始動したとの情報である。

　ボーイング社ではデルタ４、シーランチと大型ロケットを揃えているが、小型衛星市場への可能性も視野に入れて総合的な戦略を立てている。これは同じくF-15の製造・管理をしている三菱重工も同様な戦略ができないだろうか？もはやH-2Aロケットシリーズだけに固執する時代ではない。海外研究者から指摘されたのだが、日本の優秀な固体燃料技術をもつIHIアエロスペース社と組めば価格・性能双方とも十分国際競争力あるABSLシステムが出来るとの事だ。

F-15 MSLV(出典：AIAA 2003-9002会場発表資料)


F-15 MSLV想像図(出典：USAF)

　次の具現化動向はF-14である。恐らくアメリカはF-15とF-14の打上げシステムを構築し、価格と性能が良い方を採用する戦略なのだろう。

F-14 ABSL(出典：パンエアロ)

　次の具現化としては、ロシアとオーストラリアが高高度航空機M-55を使用した空中発射ロケットを共同開発することで合意がなされたと2005年10月11日に報道されている。開発費は3年で200億円であり、M-55に2段式ロケットを搭載して高度17km、速度はマッハ0.7から打上げる。近い将来にはロシア、イギリス、オーストラリアが小型衛星打上げ手段を取得するだろう。

M55（出典：NASA-HP）　　　　　　　M55のABSL（出典：ジオスキャン）

▼具現化する打上げシステム（折中型）

 最後の折中型における具現化は、ミニットマン弾道ミサイルのステージを転用した空中発射ロケットである。これは廃棄待ちのICBM、ミニットマン-2の第2段ステージのSR-19と呼ばれるロケットモーターを使用し、これを民間航空機のMD-11に懸架して打上げる構想である。これは2004年10月に最終レポートが公表されているが、最近になって具現化する動きが出てきている。

　 
　SR-19ロケットモーター（出典：USAF）

MD-11（出典：Yehudiworks）　　　　Yehudiブースター（出典：Yehudiworks）　

　このロケットの打上げは、まずMD-11にCALVロケットを搭載して離陸する。そして高度12kmまで上昇し、ロケットを切離す。そしてMD-11から切離されたロケットは、SR-19ロケットモーターが点火し、90°上昇で65.5秒間燃焼して高度403.4kmに到達する。その後、新規開発されたYehudiブースターが点火し、高度802.32kmの軌道へ達して衛星を軌道投入するのだ。

　折中型は、既存ロケットモーターと既存航空機という既存改良型と新システム型を組合わせて即応型宇宙システムを構築しようとする発想であり、筆者が先日提案したSS-520とM-VロケットのABSL案も折中型である。

◎ペガサスは成功したか？

 エアワールド、2006年4月号をご覧ください

　 　
　　L-1011(出典オービタルサイエンス)　ペガサスロケット(出典：スミソニアン博物館)

　 
　　　　　　　　　ORBVIEW-3　　　　　　　オーブコム（出典オービタルサイエンス）

◎弾道ミサイル派生ロケット・新規コンセプトの問題点

　使い勝手の良い宇宙を目指した即応型宇宙におけるコンセプトにおいて、弾道ミサイル派生型ロケットは、そもそも即時発射を要求として開発されたロケットであるため、即応型宇宙への対応は可能である。しかし、もともと軍事用として開発された背景のため、将来的な限界があると考えている。また、新規コンセプトの中で航空機やロケット自体を新規に開発するやり方は即応型宇宙へ最適化を目指すという観点では望ましいが、技術リスクや技術暴走思考へ陥る可能性が高く開発期間も長期化し、総合的観点で即応型宇宙としては最終的選択にはならないだろう。その一番のいい例がRASCALである。

　以前、筆者がモバイルランチとしてRASCALを紹介した。これは即応型宇宙を目指すという名目で、開発者による技術暴走思考が入ったようで開発依頼主のDARPAは開発契約を一旦解除している。恐らく、性能ばかりに目が行きコスト上昇を招いた挙句に開発期間も長期化したのであろう。そうなれば当然落選するはずだ。しかしRASCALコンセプトをF-4Gファントムで実現し、ロケットも無理な技術開発暴走をしない提案へ切り換えた模様で、DARPAから開発契約を再受注している。つまり使う側の立場で再考し、その結果として新規ロケットが開発続行となったようだ。

　 　 　
　　　　　　　構想時RASCAL（DARPA）　　短期開発目標のRASCAL（Space Launch）

以上のように弾道ミサイル派生型はいずれ限界が来る事と、技術だけではなくトータルとして打上げ手段を考える事が重要なのではないだろうか？

◎ロケット・衛星システム課題の克服へ向けて

このように宇宙を夢としてではなく、使いやすい環境にする試みが進められているのだ。したがって、宇宙をイメージ先行で“裏の隠してきた部分”を正面切って改善する動きが出てきている。現状のロケットは製造高であり、それを維持する射場システムもコスト高に加え、納期遅れが常態化し、使い勝手が悪いのが現状だ。それが「当たり前」という錯覚に陥りがちだが、近年ではこれを克服するため、ロケットや衛星以外にも様々な模索が始まっている。

まずその１つが地上追跡システムのダウンサイズ化、およびロケット発射管制局の簡易化である。その実例がSPECEX社のロケット発射管制局だ。

モバイル（移動式）ロケット・コントロールセンター（出典：SPACEX）

これは、トラックのコンテナを改造して作った管制局で、電源装置も内蔵して自家発電可能とした打上管制システムだ。しかもトラックを使えば移動が可能でコストを意識した仕上げとなっている。SPACEX社によれば、液体型ロケットにも関わらず打上げ管制はたったの12人で可能としている。このような視点は学ぶべきだろう。

　次は空中発射指令・追跡機だ。実は米海軍が民間航空機のDC-9を改造し、ロケットや衛星の追跡管制機（N932ML）を開発し、2005年に公開した。衛星のデータを受信する航空機もしくは空中発射ロケットや地上発射ロケットの追跡管制機ではないかと思われる。この機体はFirebird IIと言われ、開発にはレイセオン社が関わっている。

　
追跡管制機Firebird II（出典：Airlines.net）　　　移動式アンテナ（出典：QinetiQ）

　以上のように、ロケットシステムの３大問題要素（製造コスト高・運用コスト高・納期遅れ）を克服するための模索が始まっている。これを民間事業の言葉に代えれば、「低コスト・量産・納期」であり、システム革新の模索が既に始まっている。このような概念を積極的に学び、今後の宇宙開発へ取り入れていく姿勢が「世界から遅れる日本の宇宙開発」脱却に必要なのではないだろうか？

◎今後のロケット開発へ必要な要素は？

　今後は上記で述べたシステム革新の動きをもっと研究し、切磋琢磨する必要があるだろう。もし、革新的システムによって国産ロケットと同等性能のものが格安で登場した場合、技術者が作り上げた国産ロケットが「日本として打上げ手段は必要だけど、これだけ高いなら他でやったほうがいい」という話になりかねない。これでは技術暴走型どころか技術玉砕型となって終わってしまう。そうならないためにもシステム革新の必要性があると筆者は考えている。

◎即応型宇宙開発の先には？

　ではシステム革新を目指した即応型宇宙が将来的に何をもたらすのだろうか？それは米空軍が即応型宇宙会議で「Responsive Space Vision」として発表している。その内容によると、現在の衛星やロケットは製造・試験・システム的に時間がかかり過ぎており、能力に限界があるとしている。これを打破するため、200kg以下のペイロード（衛星）をあらゆる軌道へ投入できるモバイル打上げ手段を構築し、将来的にはこれらの技術を延ばして10t未満のペイロード（衛星）をあらゆる軌道へ投入できる「俊敏で適応力のある」宇宙システムを目指すとしている。つまり即応型宇宙の最終目標は、将来の大型宇宙輸送システムを「航空機を運用するようなレベル」で実現することが目的なのだ。

即応型宇宙のビジョン（出典：USAF）

◎簡易・低コスト・高機能時代に対応する日本は？

　では日本として今後、どのように考えればよいか？現状のH-2Aロケットは、アメリカの技術導入が元であることにより、ロケット、射場システム、設計思想、ソフトウェア、バルブにいたるまで独創的であったわけではない。さらに高度経済成長期に作り上げたシステムであることも重なって、経費のかかるシステムを作り上げてしまった。このため、過去の悪い面を克服する時期に来ている。

したがって、簡易・低コスト・高機能時代へ対応した打上げ手段においては上表を目標にしたロケット打上げのロードマップを描いてはどうだろうか？

ロケット打上げロードマップ



　　　　　　　　（画像出典：USAF、SPACX、オービタルサイエンス）

　まずは海外の事例に学んでまずは小型で実践し「簡易・低コスト・高機能」を追求する発想がいいだろう。小型衛星も現在開発が進められているものに加え、先月の誌面で紹介した“小型衛星振興策”によって数々のミッションを創出して打上げるのだ。

◎日本の得意とする技術は？

即応型宇宙は、スピーディーな宇宙活動を行い、コストダウンを短期的目標としている。したがって日本では何が得意かを考えると、

・ 小型衛星

・ 固体燃料ロケット

・ 移動管制システム

ではないかと思う。小型衛星ではキューブSATが実績を挙げ、小型高機能技術は国内にある。また、固体燃料ロケットは価格さえ下げれば十分国際競争力があり、実際に空中発射ロケットで国際提携したいという話が飛び込んできている。また移動管制システムは、航空機のインターネットサービスだ。実は航空機インターネットサービスにおいて、航空機と衛星を繋ぐアンテナ技術を開発しているのが衛星メーカーである三菱電機だ。報道によればアンテナ技術分野における三菱電機の能力は高いと評価されている。よってコネクション・バイ・ボーイングの技術を流用すれば可搬式追跡装置の開発は可能だ。よって日本も即応型宇宙を目指した技術は十分あるだろう。

航空機搭載の衛星追跡アンテナ（出典：IAC福岡展示会場）

◎まとめ

　即応型宇宙が目指す技術というのは、「スピーディーな宇宙開発を行う」ことが短期的目標であるが、長期的には航空機を飛ばすような宇宙アクセス環境を作ることが目標であることがわかった。今後は技術開発暴走主義に陥らないよう、使う側の気持ちに立って考えることが重要だ。そうしなければいずれ日本のロケットは技術玉砕となり、姿を消してしまうだろう。読者の皆さんもResponsive Space（即応型宇宙）が何を目指しているのか考えて欲しいと思うと同時に、2005年度末のH-2AとM-Vの打上げが無事成功し、次のステップへ進める環境が整うことを期待したい。

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