デブリ（宇宙ゴミ）について

デブリの実際の状況を教えてください

伊藤氏 / 社長 現在、宇宙空間には微細なデブリから大きいデブリまで多数浮遊しています。これから浮遊しているデブリは、国際宇宙ステーションやGPS、静止衛星などの人工衛星が回っている地球周回軌道と同じところで、人工衛星と同じスピードで回っています。それは秒速３km〜８kmというすごいスピードです。特に１センチ以上のものは一億個以上地球の周りを回っていると推測されますが、正確な数は判っていません。

どのようなモノがデブリになるかというと、まず、運用終了や故障により廃棄された人工衛星やロケット上段（纏めて宇宙機といいます）がデブリになります。ロケット上段機体は最も大きなデブリの部類で、直径4mほどの大きさを有しています。その他に、運用中に宇宙機から切り離された部品、更には宇宙飛行士が船外活動中に落とした、ネジ、工具、グローブなどもデブリとして浮遊します。そして、デブリの大半を占めるのは宇宙機の爆発や衝突で生まれた破片です。

過去には実際に、人工衛星同士が衝突した事故も起きています。片方は稼働中の人工衛星でした。衝突した２機の人工衛星は大破して大量の破片となり、軌道上にデブリが一気に増えてしまいました。宇宙は確かに広大ですが、しかし、デブリとの衝突の脅威は存在します。

数多くの人工衛星が飛行する高度400キロから1000キロ、この空間にデブリが溢れていると聞きました。

伊藤氏 はい、そうです。この高度は人工衛星を打ち上げるのに丁度よい高度でもあります。この領域はいわゆる低軌道に属するのですが、人工衛星を打ち上げるのに丁度よい高度です。高く飛べば飛ぶほど、ロケットの能力が必要になりますよね。地球を撮影する衛星もあるので、あまり高度が高くなってしまうと、被写体が遠くなってしまいます。また、より鮮明な画像が求められるため、衛星に乗せるカメラの性能を考えると丁度よい高度なのです。他にも、低軌道だと地球を１日に13〜15周できるので、地球全体をくまなく観測出来るという利点もあります。

でも、おかげでその空間にはどんどん衛星が打ち上がって過密になり衝突する確率も高いデブリ密集エリアになってしまいました。１センチ以上のデブリだと１億個以上あると推測されていると先ほど申し上げましたが、人類が実際に観測して１つ１つのデブリを把握できているのは約10センチ以上のものに限られており、約2万3千個になります。これら2万3千個のデブリは、主に地上のレーダーや望遠鏡により常時監視されています。しかし数センチ以下の小さい破片だとレーダーでは認識出来ず、正確な数がわからない状況です。

小さなデブリとそのポイ捨て

小さなデブリが危険

山崎氏 / ブランドマネジャー NASAも大きなデブリより目に見えない微小なデブリに脅威を抱いています。大きなデブリは見えるので避ける事ができます。先ほど伊藤が申し上げましたが、10センチ以上のデブリは地球から常時モニタリングされ、１つ１つカタログ化されています。運用中の衛星に大きなデブリが衝突しそうになると、その衛星の運用者に「ぶつかりそうなので避けたほうがよい」と最大で１週間前に警報が出ます。だから比較的避ける事が出来ます。

でも微小なデブリは地上からモニタリングできないので、いつ衝突してくるかわからない。秒速8キロメートルの高速で飛んでいるため、気が付いた時は衝突している。微小なデブリは１億個以上飛んでいるため当たる確率が高い。この問題を宇宙機関の方と話す機会があると、やはり大きなデブリより、微小なデブリを問題視している話になります。

デブリの発生元はそもそも宇宙ゴミがポイ捨てされているという事ですか？

山崎氏 はい、ポイ捨てされています。確信犯です。宇宙機を推進させるために必要なエネルギーがなくなったため仕方がなく航路に置き去りにしたのではなく、ゴミになると判っていながらポイ捨てをしています。対処する方法があるにも関わらず、デブリの処分にはお金がかかる事と、宇宙空間上ではポイ捨ての現場が直接誰にも目撃されないので「ポイ」としちゃうんです。

1957年、人類が初めて打ち上げたロシアの人工衛星スプートニク1号から宇宙でのポイ捨ての歴史が始まりました。でもロシアだけではなく日本もアメリカもポイ捨てしていますし、環境に優しいイメージのヨーロッパもポイ捨てしています。その事実を宇宙業界は黙認してきた訳です。

しかしさすがに60年間ポイ捨てを続けると広い地球軌道上も段々ゴミで一杯になってきています。これは地球の海も同じで、広いと思っていた海も気がついたら汚染がとんでもない事になっていた状況とまったく同じです。

地球と一緒ですね

山崎氏 そうだと思いますよ。宇宙は広大だと思われますが、実は非常に狭い､数百キロの高度の幅の中でデブリが密集しています。

そのような状況でどのようにしてデブリ問題を解決するのでしょうか？

伊藤氏 私たちは二つのアプローチを考えています。それは計測と除去です。微小デブリを計測する衛星と大きなデブリを除去する衛星をそれぞれ１機ずつ、現在２機の衛星を開発しています。
まず1機目の微小デブリ計測衛星について紹介したいと思います。名前はIDEA OSG 1と言います。地上からは直接計測できない微小なデブリが、軌道上のどこにどれくらいのサイズでどれくらい漂っているのかというデブリマップを構築するためのサンプルデータを収集することを目的としています。

次に２機目はデブリ除去衛星ADRASです。大きいデブリについては予め位置を把握することができますので、そのデブリまで近づくことが可能です。あとはそのデブリを捕まえて、デブリと共に大気圏まで落ちてもろとも燃え尽きるという仕組みです。

２機の衛星が対象とするデブリの特徴を比較するとどうなるのでしょう？

伊藤氏 デブリ除去衛星ADRASが対象とするのは人工衛星やロケット上段機体などの、比較的大きなデブリです。これら大きなデブリは、ひとたび衝突や爆発を起こすと大量のデブリを生んでしまうため、そのようなことが起こる前の除去が必要です。一方でIDEA OSG 1が対象とするのは、地上からは観測できない微小なデブリ。このような微小デブリは衛星の船体で防御する対処方法しかありません。

問題なのは微小デブリが軌道上のどこにどれくらい分布しているか不明なことです。これではいつどんな微小デブリが当たって来るのか判らない。船体のボディーの厚さにもよりますが、当たりどころが悪ければ大きなダメージを受けてしまう、一か八の「運頼み」みたいなことはあります。その現状を改善するために、まずはデブリマップを作りたいのです。

デブリ除去衛星「IDEA OSG 1」の展望と「ADRAS」

上津原先生、よろしくお願いいたします

上津原氏 / エンジニア 私は微小デブリ計測衛星IDEA OSG 1の開発を担当しています。IDEA OSG 1が計測するデブリサイズはどのくらいだと思いますか？
0.1mm〜数mmの、まさに砂粒みたいなものです。そしてその砂粒サイズの微小デブリが、現在どこにどれくらい密集しているかわかっていません。このような砂粒サイズの微小デブリでも１発当たったら甚大な被害が出る恐れがあります。例えば、スペースシャトルは今までの130数回のフライトの中で、砂粒サイズのデブリが衝突した累計数が一万五千個にもなるという調査結果があります。その影響は深刻で、スペースシャトルが地球に帰還する毎に、微小デブリの衝突で損傷した窓ガラスや各種部品を交換しています。

これから宇宙旅行の機会が増えてきます。宇宙旅行の安全を考えると、一番避けなくてはならない問題は微小デブリです。だから安全な宇宙旅行を実現するためにも微小デブリの環境モニターの整備は必要です。例えば「今」の微小デブリの密集度が事前に解るようになると、宇宙船の安全な打ち上げタイミングや安全な航路を計算出来るようになります。このように有人の宇宙活動を守っていくためにも、今から取り組んでいかなければなりません。

間近に打ち上げる微小デブリ計測衛星IDEA OSG 1ですが、今後２号機、３号機と打ち上げて計測ポイントを増やしていくことで、より正確に、広範囲に微小デブリのモニタリングが出来るようにしたいです。それがこのプロジェクトの最終形態と考えています。

このプロジェクトの構想は、私が大学生時代に在籍していた九州大学 花田研究室で生まれました。その構想が生まれる過程に実際に私も携わった経緯もあり、なんとしても実現・成功させるため、日々プロジェクトの進行に邁進しています。

捕まえる方（ADRAS）について、実際に開発を担当されている社長兼エンジニアの伊藤美樹さんから判りやすく説明してもらいましょう。お願いします。

伊藤氏 ADRASはデブリ除去衛星です。捕まえるのは10cm以上のサイズのデブリです。これらは地上からの観測によって位置を特定できるので、ADRASは宇宙に打ち上げられてロケットから切り離された後、その位置情報を用いてデブリまで近づきます。近づいたら、ADRAS自身がデブリを捕まえます。ADRASにはガスジェットのような推進ロケットが搭載されていますので、デブリを捕まえた後は推進ロケットを使って速やかに高度を落とし、最後はデブリもろとも大気圏に突入させ、燃え尽きるという流れでデブリを除去します。