宇宙タグ

再利用可能なモジュール式 1969 NASA ビジョン スペースタグ (キャンセル)
STS-34ミッションでスペースシャトル・アトランティスによって打ち上げられた後、木星行きのガリレオ宇宙船とそれに付属する慣性上段ロケット（IUS）が展開されている様子。IUSは、スペースシャトルを用いて低地球軌道を超えるペイロードを運ぶミッションにおいて、オプションのペイロードとして提供された。一方、スペースシャトルの外部燃料タンクは、シャトルの打ち上げには常に搭載され、使用された。

スペースタグは、宇宙船に搭載された貨物をある軌道からエネルギー特性の異なる別の軌道へ輸送するために使用される宇宙船の一種です。この用語には、使い捨ての上段ロケットや、必ずしも打ち上げロケットの一部ではない宇宙船も含まれます。しかし、宇宙輸送システムの概念のように、既に宇宙空間にあるペイロードを宇宙空間の別の場所へ輸送する宇宙船を指すこともあります。例としては、宇宙船を低地球軌道（LEO）から静止トランスファ軌道、月トランスファ軌道、脱出軌道などの高エネルギー軌道へ移動させることが挙げられます。

この用語は、再利用可能な宇宙船を指すのによく用いられる。過去に提案または建造されたスペースタグには、NASAの1970年代のSTS提案[ 1 ]やロシアの提案したパロムなどがあり、また、フレガート[ 1 ]、スペースフライト・インダストリーズのシェルパ[ 2 ]、慣性上段など、オプションとして提供される使い捨ての上段を指すために使用されることもある。

背景

スペースタグは、第二次世界大戦後、地球を周回する恒久的な宇宙ステーションの支援機として初めて構想されました。SF作家マレー・レンスターは、1953年に出版した小説『スペース・プラットフォーム』の続編のタイトルとして、このタグを使用しました。この小説は、同様の宇宙ステーションを描いた小説です。[ 3 ]

既存の宇宙タグ

宇宙タグは、おおよそいくつかの種類に分類できます。

  • 軌道上の衛星にドッキングする大型タグボート。燃料補給や修理、改良などのサービスを実行できるほか、衛星の寿命を延ばすため、あるいは軌道から外すために衛星の軌道を変更することもできます。
  • ペイロードをより高い軌道に投入するために用いられる、オプションのロケットキックステージ。例としてはフォトン衛星バスが挙げられますが、これはスペースタグではなくロケットシステムの一部とみなされる可能性があり、この記事ではこれらについては詳細には触れません。
  • 主にキューブサットを展開する小型タグで、キューブサットをさまざまな軌道に展開するための推進力を備えています。

ドッキングする大型タグボート

ミッション拡張車両

2011年、US SpaceとATKの共同プロジェクトであるViviSatでミッション延長車両 が提案されました。2016年、US Spaceが破産宣告を受けViviSatは解散し、ATKはOrbital Science Corporationと合併してOrbital ATKを設立しました。2017年、Orbital ATKは、独自のタグボートを開発していた新しいパートナーであるNorthrop Grummanと共に、宇宙船の開発を開始する許可をFCCから得ました。2018年6月、両社はリソースをプールして合併し、 Northrop Grumman Innovation Systemsという新しい会社を設立しました。2019年10月9日、これらのタグボートの最初のMEV-1が、カザフスタンのバイコヌール宇宙基地からプロトンMロケットで打ち上げられました。2020年2月、MEV-1はIntelsat 901とのドッキングに成功し、静止軌道に復帰させ、耐用年数を4年過ぎても運用を継続できるようになりました。 MEV-1は5年間この位置を維持し、その後、衛星を墓場軌道に戻して退役させる。MEV-2は2020年8月15日にアリアン5ロケットに搭載されたギャラクシー30を搭載して打ち上げられ、インテルサット1002と同様の軌道制御を行った。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

石建-21

2021年12月から2022年1月にかけて、中国の宇宙デブリ軽減衛星「至堅21号」は、運用を停止した「北斗2号G2」航法衛星とドッキングしてその静止軌道を大幅に変更し、これまで米国のみが示してきた能力を実証した。[ 7 ]

小型タグボートとディスペンサー

シェルパ

スペースフライト社は、推進および発電サブシステムを組み込むことでスペースフライト二次ペイロードシステム（SSPS）の機能を拡張したSHERPAを開発しました。SHERPAは、二次ペイロードとホストペイロードを配置するための最適な軌道への操縦に特化した推進タグを形成します。このディスペンサーの2つの独立した非推進型は、2018年12月にファルコン9ロケットで初飛行しました。この飛行では、17カ国から64基の小型衛星が展開されました。[ 8 ] [ 9 ]

ION衛星キャリア

イタリアの宇宙物流・輸送企業であるD-Orbitは、InOrbit NOW ION衛星輸送機を開発しました。最初の打ち上げは2020年9月3日にVegaロケットで行われましたが、その後の打ち上げはすべてSpaceXのFalcon 9トランスポーターミッションで行われました。2023年1月3日には、同社はSpaceXトランスポーター6ミッションで7号機と8号機（右から2番目の星）を打ち上げました。 [ 10 ]

長時間推進ESPA（LDPE）

LDPEは、ノースロップ・グラマン社のペイロードアダプターをベースにしており、上段を主衛星に接続するために使用されるほか、他の小型衛星用のスロットも備えています。システム全体はESPAStar衛星バスによって駆動され、電力消費と分配、そして推進力も担っています。そのため、システム全体はESPAStar衛星バスによって駆動され、異なる軌道に様々なペイロードを展開できる、完全に運用可能な宇宙タグとなっています。ESPAStarは、合計1,920 kg（4,230ポンド）の小型衛星ペイロードを6基搭載できます。また、ヒドラジン推進モジュールを介して毎秒400メートルのデルタV（ΔV）を提供することもできます。[ 11 ]

最初のLDPEは、2021年12月7日にSTP-3ミッションの一環としてアトラスVロケットで打ち上げられました。2回目の打ち上げは2022年11月1日にUSSF-44ミッションの一環としてファルコン・ヘビーロケットで行われました。3回目の打ち上げは2023年1月15日にUSSF-67ミッション で行われました。

Momentus SpaceのVigoride

Momentus Spaceは、1km/sを超える大きな速度変化に焦点を当てた様々なバージョンの宇宙タグボートを開発しています。同社のVigorideプラットフォームの実証ミッションは、2022年5月25日と2023年1月3日に2回実施され[ 12 ]、主要なテストは2022年まで実施されました[ 13 ]。Momentus Spaceは、2020年10月にStable Road Acquisition CorpとのSPAC投資契約を締結し、合併後の企業価値が10億ドルを超えたことで広く知られるようになりました[ 14 ] 。

エピック・エアロスペース

エピック・エアロスペース社のキメラLEO1は2023年1月3日に打ち上げられた。[ 12 ]

ランチャー

2021年6月15日頃、ランチャー社のオービター宇宙タグに関する報道が浮上した。[ 15 ]ランチャー社独自のロケットとスペースX社のファルコン9で打ち上げられ、150キログラムのペイロードを搭載する。ペイロードは90基のキューブサット、または標準的な小型衛星分離システムを使用した大型衛星のいずれかとなる。エチレンと亜酸化窒素の推進剤を用いた化学推進システムにより、毎秒500メートルのデルタVが可能で、追加の推進剤タンクを使用すればさらに高速化できる。[ 16 ]オービターSN1は2023年1月3日に打ち上げられた。[ 12 ] ランチャー社がVAST社に買収された後、オービター計画は中止された。[ 17 ]

インパルススペース

インパルス・スペースは、2023年11月にスペースXのトランスポーター9号ミッションで、300kg（660ポンド）の宇宙タグボート「ミラ」の打ち上げに成功し、衛星の展開と推進システムの試験を実施しました。今後はトランスポーター11号とトランスポーター12号のミッションも計画されています。[ 18 ] [ 19 ]

初期コンセプト - NASA宇宙輸送システム

スペースタグクルーモジュールのコンセプト

再利用可能なスペースタグは、NASAが1960年代後半から1970年代初頭にかけて、再利用可能な宇宙輸送システム（STS）の一部として研究されました。これは基本的な推進モジュールで構成され、乗組員モジュールやその他のペイロードを接続できます。オプションの脚を追加することで、ペイロードを月面に着陸させることも可能です。[ 1 ]これは、スペースシャトルを除くSTSの他のすべての要素と同様に、1970年代のアポロ計画後のNASA予算削減により、資金が投入されることはありませんでした。[ 20 ]

スペースシャトル時代

使い捨ての上段

シャトル計画は、固体燃料の単段式ペイロードアシストモジュールと二段式慣性上段の開発によって、高エネルギー軌道転換の役割を果たした。

より強力な液体水素燃料のセントールG段がシャトルで使用するために開発されたが、チャレンジャー号の事故後、危険すぎるとして中止された。[ 21 ]

軌道操縦車両

NASAは、フリーダム宇宙ステーションの計画と並行して、軌道操縦機（OMV）と呼ばれる別の宇宙タグボートの設計を検討しました。OMVの役割は、ハッブル宇宙望遠鏡などの衛星を回収し、フリーダム宇宙ステーションに持ち込んで修理・回収したり、無人軌道プラットフォームの整備を行ったりする再利用可能な宇宙船でした。[ 22 ] [ 23 ] 1984年、軌道操縦機（OMV）の予備設計研究は競争入札プロセスを通じて開始され、TRW、マーティン・マリエッタ・エアロスペース、LTVコーポレーションによってシステム研究が行われました。[ 24 ]

21世紀の提案

パロム

ロシアのRKKエネルギア社は2005年にパロムという宇宙タグボートを提案した[ 25 ]。これは提案されているクリパー有人機と無人貨物および燃料補給モジュールの両方をISSまで輸送するために使用できる。[ 26 ]タグボートを宇宙に留めておけばクリパーの重量を軽減でき、元のクリパーの設計よりも小型のブースターで打ち上げが可能になる。

ヴァシムル

VASIMR電気プラズマロケットは、高効率の宇宙タグボートの動力源として利用でき、わずか9トンのアルゴン燃料で月への往復飛行が可能で、34トンの貨物を低地球軌道から低月軌道へ輸送することができる。2014年時点で、アド・アストラ・ロケット社は、この技術を宇宙タグボートに利用する構想案を提出していた。[ 27 ]

PAM-G

ISROは、低地球軌道からMEOまたはGEO軌道にペイロードを直接押し出すことができるPAM-G（静止衛星打ち上げ機用ペイロード支援モジュール）と呼ばれる上段を製造しました。[ 28 ] [ 29 ] PAM-Gは、極軌道衛星打ち上げ機の第4段から派生した、再起動機能付きの極低温液体燃料モーターによって駆動されます。 2013年現在、ISROはPAM-Gの構造、制御システム、モーターを実現し、高温テストを実施しています。[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] PAM-GはGSLV Mk2C打ち上げ機の第4段となり、[ 33 ] GSLVの極低温第3段の上に設置されます。

木星

ロッキード・マーティンは2015年にNASAに、ジュピター・スペース・タグと呼ばれる設計のコンセプト提案を行った。これは同社の初期の2機の宇宙船（火星大気および揮発性物質進化ミッションとジュノー）と、カナダアームで使用されていた技術（スペースシャトルで以前使用されていたロボットアーム技術）から派生したMDAのロボットアームに基づくものとなる。ロッキードのコンセプトには、ジュピター・スペース・タグ自体に加えて、 ISSに貨物を運ぶための 直径4.4メートル（14フィート）の新しい貨物輸送モジュールであるエクソリナーの使用も含まれていた。エクソリナーはESAが以前（2000年代）に開発した自動移送車両（Automated Transfer Vehicle ）に基づいており、タレス・アレニア・スペースと共同開発されることになっていた。[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]結局、NASAはジュピターの開発に資金を提供することに同意せず、ロッキード・マーティンは民間資本でタグボートを開発していない。

アルテミス転送ステージ

NASAのアルテミス計画で提案されている月着陸船の一つは、部分的に再利用可能な3段式設計です。その主要要素の一つは、着陸船をルナ・ゲートウェイの軌道から低月軌道へ移動させるための転送段です。将来のバージョンでは、ゲートウェイに戻って燃料補給を行い、別の着陸船で再利用できるようになる予定です。ノースロップ・グラマンは、この転送段を自社のシグナス宇宙船をベースに構築することを提案していました。NASAは2021年4月に別のアプローチを選択しました。[ 37 ]

ムーンクルーザー

エアバスが設計したムーンクルーザーは、ATVとESMをベースにした概念的な月面物流車両で、国際月面ゲートウェイの支援に使用することが提案されている。資金提供されれば、ESAの月面ゲートウェイ計画への貢献の一部となる。2020年1月の時点では初期設計段階にあった。アリアネ6号で打ち上げられる予定で、米国の大型ロケット[ 38 ]での打ち上げも可能で、月面着陸船への燃料補給やゲートウェイへの貨物輸送が可能なことになっている。また、2025年以降に欧州のESPRITモジュールをゲートウェイに輸送するためにも使用される予定。また、月面着陸船 の移送ステージにすることも提案されている。着陸船型のコンセプトは存在するが、資金提供を受けていない。[ 39 ] [ 40 ] [ 38 ]

スカイローラ宇宙タグ

英国の打ち上げロケットメーカーであるスカイローラは、2021年にスペースタグ[ 41 ]の詳細を公開し、スカイローラXLロケットの第3段として使用可能であることを明らかにしました。同社は2021年1月に、スペースタグの実機試験の様子を撮影した動画を公開しました。スペースタグは、衛星をある軌道から別の軌道に移動させるだけでなく、宇宙ゴミの除去を含む様々な宇宙空間での作業を行うことができます。

エグゾトレイル・スペースバン軌道移送機

Exotrailは、2022年4月12日に軌道輸送機SpaceVanを発表しました。[ 42 ] SpaceVanの初ミッションは、ExotrailとSpaceXの間で締結された打ち上げサービス契約に基づき、2023年11月11日に行われたTransporter-9の相乗りミッション中にFalcon 9に搭載されて打ち上げられました。2024年を通して、複数の異なるロケットに搭載された少なくとも3つの後続ミッションが計画されています。[ 43 ] [ 44 ]

インパルススペースヘリオス

インパルス・スペース社は、現在飛行中のミラロケットに加え、4,000kg（8,800ポンド）から5,000kg（11,000ポンド）のペイロードを静止軌道に直接運ぶことを目的とした、はるかに大型のヘリオスロケットを開発中です。初打ち上げは2026年に予定されています。[ 19 ]

アトモススペース

2022年1月、アトモス・スペースは2020年から調達を試みていた500万ドルを調達したと発表した。アトモスは2023年にクォーク再利用可能軌道輸送機2機を打ち上げる予定だ。[ 45 ]

ファイアフライ・エアロスペース

ファイアフライ・エアロスペースは、2024年にアルファロケットで飛行する予定のエリトラと呼ばれるOTVを開発している。[ 46 ]

スペースマシンのオプティマス

2022年10月、スペース・マシーンズはアリアンスペース社と契約を結び、2023年第2四半期にスペースX社のファルコン9で打ち上げることを目指し、270kgの宇宙タグボート「オプティマス1」を生産すると発表した。[ 47 ]

エクソランチのリライアントタグ

ExolaunchのReliantタグには標準版とプロ版があり、SpaceXのライドシェアミッションで2022年に試験と飛行資格認定が開始される予定でした。[ 48 ] [ 49 ]

アストロスケールのレクシー

アストロスケールは軌道上生命延長（LEXI）を開発している。 [ 50 ] [ 51 ]

オービットファブ

オービットファブは、「宇宙ガソリンスタンド」を提供することを目指して、宇宙での推進剤サプライチェーンの開発を試みている。[ 52 ] 2022年1月11日には、アストロスケールのLEXIへの燃料補給で合意に達したことが発表された。[ 53 ]

ULA コモンケンタウロスをスペースタグとして

フレキシブル月探査アーキテクチャ（FLARE）は、4名の乗組員を月面に最低7日間送り込み、その後安全に地球に帰還させるという構想です。FLAREの主要コンポーネントは、無人有人着陸機を月周回軌道に送り込み、NASAのオリオンカプセルの乗組員を地球に帰還させるのを支援するスペースタグとして使用される、ULAのコモン・ケンタウルスを改造したものです[ 54 ]。

プシュパクOTV

2024年10月9日、インドの宇宙スタートアップ企業Bellatrix AerospaceとNewSpace India Limitedは、今後の打ち上げミッションに向けてPushpak軌道トランスファービークル（OTV）を統合する契約を締結しました。Pushpak OTVは、衛星をより正確かつ効率的に他の軌道に移動させる能力を備え、軌道上操縦に最適です。Bellatrix Aerospaceによると、マイクロ衛星およびナノ衛星用の専用打ち上げ機で衛星を打ち上げると、1kgあたり約45,000ドルかかりますが、Pushpakで打ち上げれば、低軌道で1kgあたり25,000ドルまでコストが下がります。さらに、将来の深宇宙ミッション、傾斜角変更、静止軌道トランスファーミッション、および複数軌道展開シーケンスを容易にすることができます。Pushpak OTVは、小型衛星やキューブサットの軌道到達を支援します。最初の打ち上げは2026年に予定されています。[ 55 ] [ 56 ]

ライトシップ

欧州宇宙機関（ESA）は、太陽電気推進装置を備えたLighShipと呼ばれる惑星間宇宙タグボートを開発しており、これは他の宇宙船を火星付近に輸送し、通信衛星として機能する予定である。[ 57 ]

参照

ウィキメディア・コモンズには、スペースタグに関連するメディアがあります。

参考文献

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出典

参考文献

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