宇宙ステーション
宇宙ステーション(うちゅうステーション、Space station、Орбитальная станция、空間站)は、地球の軌道上などの宇宙空間にあり、人間がそこで生活し続けられるように設計されている人工天体のことである。
宇宙ステーションは、広義には宇宙船の形態の一種である。しかし単独で機能する有人宇宙船と違い、必ずしも宇宙飛行士を載せた状態で打ち上げられたり、推進・着陸のための設備を持つとは限らない。主として長期にわたる軌道上の生活に特化して設計されているものを指す。地球と宇宙ステーション間で人員や物資を輸送するには、そのための機能を持った有人宇宙船や補給船が別個に必要となる。
これまでに実現した宇宙ステーションは全て地球の衛星軌道上に建設されており、科学研究、特に長期の宇宙滞在における人体への影響の研究などを目的としている。また、一部は軍事ミッションを行っており、武装が施されていたものも存在した。
衛星軌道上を運行するステーション内部は無重力状態となるので、乗員の宇宙飛行士達は船内で浮いた状態で生活する。船内を歩く必要がないため、内壁は様々な機器で埋め尽くされている。
旧ソ連(後のロシア)では、宇宙ステーションを以下の3つの世代に分類していた。
搭乗者の入れ替えや補給が想定されていない滞在期間の限られた宇宙ステーション。
帰還用の宇宙船をドッキングした状態で、交代要員の乗った宇宙船や物資の補給船とのドッキングを可能とし、ステーションを無人にすることなく、常時活動できる宇宙ステーション。
多数のドッキングポートを有し、複数の異なる機能を持ったモジュールから構成される大型宇宙ステーション。
ソビエト連邦の宇宙ステーション。世界で初めて打ち上げられた宇宙ステーションであり、1号から7号までが建造された。
1971年から1985年まで運用。1991年に最後の7号が大気圏に再突入した。
軍事目的で建造された2・3・5号の別称、自衛用に機関砲を装備していた。
本来は3番目のサリュートであったが、故障により目的軌道への投入が不可能となり、宇宙ステーションとして運用されないまま大気圏に再突入した。既に西側諸国のレーダーに捕捉されていたため、コスモス衛星と偽装している。
アメリカの宇宙ステーション。1973年から1974年まで運用。
4度の打ち上げが行われたが、スカイラブ1以降の2号から4号はスカイラブ1への往復に用いられる有人宇宙船である。1979年に大気圏に再突入した。
サリュートの後継として開発されたソビエト連邦の宇宙ステーション。1986年から1999年まで運用。複数のモジュールからなる初の宇宙ステーションで、打ち上げ以降も多数のモジュールが追加され、最終的に7つのモジュールから構成された。
2000年に商業利用用に大規模修理を受けるが、後に廃棄が決定され、2001年に大気圏に再突入した。
中国の宇宙ステーション試験機(ドッキング標的機)。
本格的な宇宙ステーション建造のための試験機であり、主目的はランデブー・ドッキング技術の習得であることから「目標飛行器(ターゲット機)」と位置付けられた。このため宇宙飛行士が滞在できる期間は長くないが、小規模ながらも実験室を持っていた。2011年9月に打ち上げられ、2012年6月以降2度の有人運用を行った。
2013年6月にドッキングして帰還を果たした神舟10号が最後の有人ミッションであり、以降は無人運用が続けられていたが、2016年3月に機能を喪失したと考えられ、2018年4月2日に大気圏に再突入した。
中国の宇宙ステーション実験機で、宇宙実験室と位置付けられている。2016年9月に打ち上げられた。
当初は1号の予備機(8.5トン級)や長征5号ロケットを使用して拡大型試験機(22トン級)を打ち上げる計画もあったが、最終的に長征2号FT2を使用して1号の改良型(8.6トン級)を打ち上げることとなった。
1号から滞在期間の延長や実験設備の改良が行われており、天宮1号の設計をベースに開発された自動ドッキング機能と約6トン+燃料2トンの補給能力を持つ無人補給船「天舟」1号機による補給ミッションも想定されている。同年10月18日には神舟11号がドッキングし、有人運用が始まった。翌11月16日に神舟11号が切り離され、有人運用を終了した。以降の有人運用の予定は無く、天舟による補給も2017年4月に無人で行われた。
天宮2号は2019年7月19日に南太平洋に制御落下を行い、大気圏に再突入した。ただし最初の試みの際にはまだ軌道上に残っており、1号ほどではないが若干の混乱も見られた。
ビゲロー・エアロスペース社の宇宙ステーション。2006年7月にジェネシスI、2007年6月にジェネシスIIが打ち上げられた。民間によって初めて軌道上に投入された宇宙ステーションで、軌道上で無人試験を行うのためのモジュール である。
トランスハブの設計を基にした膨張式モジュールを採用しており、その後開発される有人実用モジュールBA 330の3分の1の大きさで製造された。
国際宇宙ステーション (ISS)
1984年にアメリカで構想されたフリーダム宇宙ステーション計画をベースに、ロシアのミール2(後のズヴェズダ)や新型宇宙ステーション(後のザーリャ)、ヨーロッパ各国や日本で計画されていたモジュールを統合して、再設計された複数モジュールからなる世界最大の宇宙ステーション。
アメリカ、ロシア、カナダ、日本、ESA加盟の各国(ベルギー、デンマーク、フランス、ドイツ、イタリア、オランダ、ノルウェー、スペイン、スウェーデン、スイス、イギリス)の15カ国が共同で開発(他にブラジルがNASAを介して間接的に協力)しており、主要な研究機関としてアメリカ航空宇宙局 (NASA)、ロシア連邦宇宙局 (RFSA)、宇宙航空研究開発機構 (JAXA)、カナダ宇宙庁 (CSA)、欧州宇宙機関 (ESA) が参加している。
1998年の打ち上げから始まった建設開始以降、現在も運用中。50以上のモジュールやパーツから構成されており、その総重量は約420トンにも及ぶ、地球軌道上最大の人工物である。一応の完成を迎えて以降も内・外装機器の更新・変更、モジュールの追加が随時行われており、当初2016年運用終了予定であったが、少なくとも2024年までの延長が検討されている。
天宮(完成型) (CSS)
中国の宇宙ステーション。天宮シリーズの完成型で、2022年11月に完成した。定員3名、最大6名の宇宙飛行士が滞在できる。
5個のドッキングポートを持つコアモジュール「天和」に実験モジュール「問天」、「夢天」が固定係留され、残りのポートに往還と係留用の宇宙船「神舟」2隻と無人補給船「天舟」がドッキングする。当初総重量80トンとされていたが、その後の設計では100トン、旧ソ連のミールに匹敵する規模であり、今後の拡張の余地も残されている。
中国と国際連合宇宙局(UNOOSA)は「天宮」の利用機会を国連加盟国にも開放する協定を結んで他国からの宇宙飛行士や宇宙実験の受け入れも予定しており、27カ国から42件の応募のうち日本の東京大学など17カ国23機関による9件の実験が採用された。
2021年4月29日に最初のモジュール「天和」が長征5号Bで打ち上げられ、建設が開始された。同所へ向かう最初の宇宙船は同年の5月29日に打ち上げられた補給船天舟2号であり、翌30日にドッキング成功、2022年3月27日に切り離され、3月31日に南太平洋に制御落下された。最初の有人ミッションは2021年6月に長征2号Fで打ち上げられた有人宇宙船神舟12号であり、長期滞在を遂行した後、9月17日に帰還した。2022年7月25日 (CST) には二番目のモジュール問天がドッキングした。
月軌道プラットフォームゲートウェイ (LOP-G)
アメリカのNASAが主導する月の軌道又は月周回軌道への新しい宇宙ステーションの建設計画。2020年代に建造開始を予定している。
規模としてはミニチュアサイズで、滞在可能な宇宙飛行士は4人。構成モジュールも「電力・推進力」「居住」「輸送」「エアロック」の4基とシンプルになっている。成功すれば最も地球から離れた場所に設置された宇宙ステーションとなり、さらに2030年代予定されている火星有人探査に使用される大型宇宙船深宇宙輸送機 (DST)(重量41トン、4人の乗組員が火星への往復4年間生活可能。使い捨てではなく、LOP-Gで乗員の入れ替えや物資の補給を行う事で再使用可能)の建造・試験・補給拠点としての利用が計画されている。
ロシアの計画中の宇宙ステーション。2024年のISS運用終了までにロシア独自で建造を予定している。
新たに幾つかのモジュール打ち上げ、ISSのロシアモジュールの一部として順次ドッキングする形で建造を行い、ISS運用終了時に構成要素となるモジュールをISSから切り離して、再構成することで単独の宇宙ステーションとなる。ISSに比べて小型になるが、機能的には同等の物を維持し、ミニチュア版といってもよいものを目指している。
日本宇宙ステーション (JSS)
JAXAで構想している小型宇宙ステーション。
ISS運用予定が短かった頃に構想されたもので、運用終了時に廃棄されるモジュールから設計上10年程度寿命の残っているきぼうを回収し、発展型HTVによって独自の居住モジュールやドッキングモジュール、太陽電池アレイ、推進モジュール(場合によっては打ち上げに使ったHTVの与圧キャリアや推進モジュールを流用する)を打ち上げ、組み合わせる予定であった。
日本は人工衛星や無人探査機はいくつも成功させているが、逆に有人での往還技術や長期間稼働できる生命維持システム(宇宙太陽光発電)を未だ持っていないため、構想の域を出ない。
インドが独自に計画している20トンの小型宇宙ステーション。2019年にISROから発表され、今後10年で建造するとしている。
3.7トンのカプセル型有人宇宙船ガガニャーンを発展させたもので、乗組員は2〜3名。常時の有人運用は想定せず、一度の滞在期間は15〜20日間ほど(微小重力での科学実験を行うには十分としている)だが、使い捨てではなく、宇宙船からの補給で数年に渡って使用できるという。
いくつかの民間宇宙企業により、建造が計画されている。
ブルーオリジン社やシエラ・ネヴァダ・コーポレーション社などが2020年代後半の運用開始を目指し開発中の宇宙ステーション。膨張式モジュールによりISSと同規模の広さを持つ。ISS終了後の民間移管先となることを企図している。
20世紀中に運用された宇宙ステーションはいずれも剛体の外壁を持ったものだったが、2000年代以降は柔らかい素材で作られた膨張式の宇宙ステーション(膨張後はコンクリート並みの強度を持つ)の開発が進められている。この型式のステーションには、重量や価格に対して大きな居住スペースを確保できるという利点がある。ビゲロー・エアロスペース社が打ち上げた試験用の宇宙ステーションが膨張式の構造を採っているほか、NASAといった公的な宇宙開発機関でも検討が行われている。
宇宙ステーションは自由落下中であるため、そのままでは内部は無重量状態(実際は微重力)である。そのため、長時間生活することによって筋肉が衰えたり、骨からカルシウムが溶け出したりするなどの悪影響が出る。また、無重量状態においては、気を付けていないとものが散乱してしまうため、ものの取り扱い、特に液体や粉末状の物などの取り扱いに十分な配慮が必要である。そこで遠心力を利用して、重力が発生しているのと同じような環境を作れるような宇宙ステーションが考案されている。
実験レベルでは国際宇宙ステーションでも遠心力で重力を生み出すモジュールセントリフュージが予定されていた。これは実際に日本で開発が進んでいたが、運用するアメリカ側が2005年に中止を決定したため実用には至っていない。その後、国際宇宙ステーションでは新たに人工重力の評価実験を行うISSセントリフュージ デモンストレーションも構想されている。
SF作品にはそのような施設が数多くあり、回転軸を中心にした、車輪状の形状をした宇宙ステーションが考案されている。SF映画『2001年宇宙の旅』に出てくる宇宙ステーションがその代表的な例である。このタイプの宇宙ステーションは、スペースコロニーとも重なり、遠心力を擬似重力として利用した生活空間を内包する。