DSPACE

宇宙の大型デブリに接近、撮影する「ADRAS-J」ミッション

喫緊の課題は、混雑軌道のデブリ衝突を未然に防ぐこと。そこで肝になるのが「大型デブリの除去」だとJAXA山元氏は指摘する。それがデブリ発生の負の連鎖の源を断つことになると。だがデブリの除去はまだ世界のどこも成功していない。技術的に難易度が高い上に、法律の問題があるからだ。今回、JAXAは民間企業とタッグを組み2段階の実証実験「商業デブリ除去実証（CRD2）」を計画した。

CRD2の「フェーズ1」では大型デブリに接近、デブリの周りを周回しながら映像を取得する。「フェーズ2」で大型デブリを捕獲し、除去する。まず「フェーズ1」についてJAXAは公募の結果、2020年にアストロスケールを選定した。選定・契約を受けてアストロスケールが開発したのが「ADRAS-J」衛星だ。

大型デブリへの接近＆映像撮影は世界初の試みとなる。ターゲットはJAXAが2009年に打ち上げたH-IIAロケット第2段。全長約11mx直径約4m、重量約3トンの大型デブリで高度約600kmを周回している。なぜこのデブリを選んだのか。「長期間、宇宙の軌道上に存在するデブリで日本のもの。何かトラブルがあっても宇宙環境に影響が少ないように、（混雑軌道より）少し低い軌道で実証実験ができる点で選ばれた」（JAXA山元氏）。

非協力物体に「手が届く距離まで」近づく難しさ

デブリへの接近＆除去が難しい点は多数あるが、まずはデブリが役割を終えているため「生きていないこと」、つまり信号をまったく出していないことが筆頭にあげられるだろう。

宇宙空間である物体に接近・捕獲する技術について、日本は「ETS－VII」（おりひめ・ひこぼし）やISS（国際宇宙ステーション）に物資を届ける宇宙ステーション補給機こうのとり（HTV）などの実績がある。だが、それらの衛星や宇宙機は接近・ドッキングすることを想定して作られていたため、互いの位置や速度、姿勢を把握でき、ドッキングするためのメカニズムをあらかじめもっていた。つまりは「ドッキングに協力的な物体」だった。

ところがロケット上段や衛星の破片などは、後で除去されることを想定していなかったものが多い（最近は様々な対策が講じられている）。具体的には信号を出していないために、正確な位置や姿勢を把握できない。ドッキングのためのメカニズムもない。つまりはドッキングに「非協力的な物体」ということになる。

そこでADRAS-Jはまず地上で観測されたおおよその位置等をもとに接近。デブリにある程度まで接近し、衛星から直接観測できるようになった段階で3つのカメラ・センサーを切り替えて相対位置を確認しながら、さらに接近する。

デブリに数十メートルまで接近したら撮影をスタート。約15年間、宇宙に放置されていたデブリがどう損傷、劣化しているか、どのような運動をしているか撮像を行い、データを地上に送る。さらに一定距離を保ってデブリの周りを周回しながら撮影を行う。その後、安全にデブリから離脱する。ここまでがADRAS-JのJAXAミッションだ。

さらにアストロスケール独自のミッションがある。今回のフェーズ1ではデブリ除去までは行わないが、今後の実施を見据え、難易度の高い技術に挑戦する。まず「手を伸ばせば届く距離（数メートル）」までデブリに接近。そしてデブリの動きに追従して衛星を動かす。これらは実際にデブリ除去を行う際に必要となる技術だ。今回のデブリはその形状から振り子運動を行っていると推測されるが、接近してみないと正確な運動はわからない。アストロスケールはさらに「エキストラミッション」も予定しているという。

何が起こっても相手にぶつからないという制約

9月末に行われた記者説明会ではアストロスケールのADRAS-Jプロジェクトマネージャー新栄次朗（あたらし・えいじろう）氏、チーフシステムエンジニア井上寿氏からミッションの説明が行われた。

井上氏は3年半前にアストロスケールに入社。前職は海外で通信衛星の開発を行っていたという。当時携わった衛星がデブリ化したが、その状況を見守るしかなかった悔しさが、アストロスケールにジョインするきっかけだったと話す。

ADRAS-Jミッションの難しさを聞くと、「前職では例えばスラスタが故障したら噴射を止めればよかった。でも今回はスラスタを止めた後に、ターゲット（デブリ）にぶつかるかもしれない。（ぶつかればデブリを発生させてしまうため）、噴射を止めるだけでなく、すぐにターゲットから離れなければならない。ハードもソフトも複雑になっている」と井上氏。

アストロスケールでは衛星が軌道投入後からターゲットまでどうやって安全に到達するか、開発の過程で何百万通りものシミュレーションを実施したという。

ADRAS-Jミッションは10月4日、発射基地のあるニュージーランドに向けて発送された。今年度の打ち上げとミッション実施を予定している。衛星開発と運用はアストロスケール、JAXAは技術的なアドバイスやデータ、施設の提供等を行う。

コンステ衛星の軌道離脱、米宇宙軍の燃料補給サービスも

ADRAS-Jは既存の大型デブリ除去の技術獲得を目指したミッションだが、アストロスケールではほかにもチャレンジングなミッションが控えている。

例えば衛星コンステレーションを構築中のワンウェブ社と共同実証を行う「ELSA-M」。欧州宇宙機関の補助を受けたプロジェクトで、ワンウェブの衛星約600機に、あらかじめ磁石でできたドッキングプレートをとりつける。アストロスケールの衛星も磁石を搭載し、寿命を終えた衛星にこの磁石を利用してドッキングし、廃棄する。2025年頃に実施の予定だ。

デブリがなぜ発生するか、そもそもの原因になるのが、衛星の寿命が短いという点。衛星の寿命は燃料が枯渇した時に尽きる場合が多い。人工衛星に燃料を補給するサービスが世界ではすでに始まっているが、アストロスケールUSはアメリカ宇宙軍から燃料補給衛星を受注した。「私たちの燃料補給衛星で、米軍の衛星を移動させたり、燃料を補給したりする」（岡田光信CEO）。

ワンウェブ衛星の除去を行うミッションはアストロスケールの英国オフィスが、米空軍の衛星は米国オフィスが担う。その背景には人工衛星の所有権の問題がある。例えば英国の衛星は英国で製造した衛星を使い、英国でミッションの許可を得て除去を行うことなどの規制があるからだという（ワンウェブ社は英国の企業）。そのためアストロスケールは世界各国に製造拠点を置いている。今回のADRAS-Jミッションも内閣府が2021年に定めた、軌道上サービスについてのガイドラインに沿って許可を得て実施される初のケースとなる点も注目だ。

日本でも世界でも、スペースデブリ問題に挑み、燃料補給などの軌道上サービスを目的に掲げる民間企業が増えている。デブリ除去の方法も様々だ。軌道上サービスの市場成長率は毎年20～40％が見込まれる成長産業だという。地上の高速道路と同様のロードサービスを構築し、宇宙を持続可能にする。ADRAS-Jの打ち上げは「宇宙のロードサービスの幕開けです」。岡田CEOはそう語った。