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スペースデブリに関連する未知のビジネスとその将来像

2021.09.29

数万機以上の大規模な衛星コンステレーションを構築するインターネット衛星群、時間分解能が益々向上し、リアルタイム性の画像提供に近づくリモートセンシング衛星群、”しきい”が下がったことによる超小型衛星の打ち上げ機会の増加、その数に相当するロケットの打ち上げ回数の増加など、今後、数多くの”物体”が宇宙へと輸送されるだろう。

これに伴って、増えていくのはスペースデブリ。スペースデブリは、宇宙を飛行する衛星やロケット、宇宙旅行船などに衝突する可能性を高めるなど、大きな課題となっている。このスペースデブリに関して様々な取り組みが開始されている。今回は、そのようなテーマについて触れたいと思う。

https://clearspace.today/media/#open

スペースデブリの実態とは?

スペースデブリとは、宇宙ごみのこと。JAXAによると、地上から追跡されているスペースデブリは、10㎝以上のもので約2万個、1cm以上のもので50~70万個、1mm以上は1億個を超えるという。

では、なぜスペースデブリは問題なのだろうか。このスペースデブリが、宇宙空間を飛行する人工衛星、ロケット、宇宙船などに衝突する可能性があるからだ。では、衝突するとどうなるのだろうか。スペースデブリは、”ぷかぷか”と宇宙に浮いているのではない。例えば、スペースデブリは、おおよそ7〜8km/sの速度で動いている場合がある。これは、低軌道の衛星の速度と同程度。この衛星に起因するスペースデブリであればこのように高速で動いている。そしてスペースデブリと衛星などが衝突する際は、相対速度10〜15km/s程度となって衝突。衛星は、故障、破壊してしまい、甚大な被害がでてしまうのだ。小さいスペースデブリであったら、全然問題ないのではないか。そう思われるかもしれないが、1mm程度の微小なデブリであっても、衛星などを破壊する危険度は高いのだ。

スペースデブリのイメージ

また、ケスラーシンドロームをご存知だろうか。スペースデブリが衛星などに衝突することによって、新たなスペースデブリを生み出してしまい、連鎖的に膨大なデブリを発生させてしまう可能性のこと。これも絶対に避けなければならない事象の一つだ。

ESAから、このようなデータが公表されている。縦軸がスペースデブリの数、横軸は時間。おそらく数からして10cm以上のスペースデブリの数とオーダーが一致するので、大きなスペースデブリのカウントと推測できる。

この棒グラフには、スペースデブリの発生起源と年々増加していることが示されている。また、PL(ペイロードである衛星など)、PF(ペイロードフラグメンテーションデブリ。ペイロードから発生するデブリ)、RF(ロケットの破片)が大きな割合を占めていることがわかる。そして、UI(未確認)という数が多いことも気になる。つまり、スペースデブリは、衛星やロケットに起因しているということがわかる。

スペースデブリの発生起源と増加数
(出典:ESA

スペースデブリ低減のためのルールとは?

このように、宇宙へと衛星やロケットが打ち上がれば、打ち上がるほど、スペースデブリは、必然的に発生してしまう。

このスペースデブリを低減するため、国内外では、例えば以下のような法規制、ルールが整備されている。

日本の宇宙活動法。「人工衛星等の打上げ及び人工衛星の管理に関する法律」だ。これには、「人工衛星等が分離されるときになるべく破片等を放出しないための措置が講じられているものであること」をロケット安全基準の一つに定めている。

また、2007年には、国際連合宇宙平和利用委員会(COPUOS)において、法的拘束力のないガイドラインとして「Space Debris Mitigation Guidelines of the Committee on the Peaceful Uses of Outer Space」が制定されている。スペースデブリを低減するためにできる限り自主的な対策をとることについて記載されている。

この自主的な対策という観点で、例えば日本を代表する宇宙ベンチャーであるALEは、次のような取り組みを実施している。デブリ化防止装置だ。衛星にあらかじめEDTというテザー(長い紐)とCNT(カーボンナノチューブの電子源の電極)を取り付けておく。衛星のミッション終了後にEDTを宇宙空間で展開。EDTに電流を流し、地球の磁場でローレンツ力を発生させ、降下。また、微小な大気の抵抗も利用して、短期間で高度を下げ、大気圏に突入、燃やし廃棄するというものだ。

他にも、ミッション終了後にセイルを開き、微小な大気抵抗も活用して大気圏へ突入させるものもあれば、スラスターを噴射して大気圏へ突入させるものもある。

もちろん、自社衛星に取り付けはもちろんのこと、このようなデブリ化防止装置の取り付けの義務化のような取り組みが進めば、とても大きなビジネスとなる。

ALEのデブリ化防止装置
(出典:ALE

スペースデブリにはどのようなビジネスがあるのか?

このようにスペースデブリと一言で言っても奥が深い。スペースデブリを取り巻く環境は、次のように分類できるだろう。一つは、スペースデブリを除去するビジネス。もう一つは、スペースデブリの情報を提供するビジネス。スペースデブリによる衝突事故などを解決するビジネスだ。

スペースデブリを除去するビジネスといえば、Astroscaleが世界的に有名だろう。デブリ除去技術実証衛星ELSA-dは、捕獲機(サービサー)が磁石を活用した捕獲機構を用いて、模擬デブリの捕獲実証に成功している。現在までにフェーズ3aまで完了。次フェーズへと準備を進めている。

ELSA-d のミッション
(出典:Astroscale

他にも、欧州のClear Spaceが有名だろう。また、軌道上衛星輸送ビジネスを計画するD-Orbit、Starfish Spaceなどもこの分野へ参入している。また、スカパーJSATは、物理的な補足というよりは、レーザーアブレーションという方法でスペースデブリを大気圏へと移動させる方式でスペースデブリ除去ビジネスを計画している。

スカパーJSATのスペースデブリ除去ビジネスの動画はこちら

そして、スペースデブリの情報を提供するビジネスは、Leo Labsが有名だろう。彼らは地球からレーダ網でスペースデブリの状況を監視。スペースデブリの衝突の可能性に関する情報を提供、販売している。この情報に基づき、衛星を運用する企業は、姿勢や軌道を変更することで、スペースデブリとの衝突を回避する運用を実施する。また、スペースデブリを除去してくれる企業に依頼し、衝突の可能性があるスペースデブリを除去してもらうということになるだろう。

Leo Labsのスペースデブリ監視レーダー
(出典:Leo Labs

もしスペースデブリが衝突してしまうという事象が発生した場合、訴訟問題へと発展するケースが将来は考えられる。スペースデブリは誰のものなのか明確にする必要があるし、現在の法規制やガイドラインから鑑みると訴訟の拠り所が不明だが、この辺りは弁護士などの法律の専門家がビジネスを担当するだろう。詳細は彼らに譲りたい。

もちろん、保険商品も考えられるだろう。

いかがだっただろうか。現在までスペースデブリとの衝突もしくは衝突が疑われているニュースは数件ある。スペースデブリが今後増加傾向にあることを考えると益々除去や情報入手のニーズは益々高くなるだろう。特にこのニーズは、大型衛星の企業が高いと感じる。大型衛星は、1機約100億円以上。開発、製造にも数年かかる。

例えば、仮に以下のような概算をしてみる。スペースデブリ除去ビジネスを手がける企業は、小型衛星1機の開発・製造費、ロケット打ち上げ費用、運用などのランニングを合わせて数億〜十数億円かかるとしよう。現在、小型衛星1機で1つのスペースデブリを除去すると仮定すると、この費用以上を支払ってくれる顧客がいればビジネスは成立する。もし、大型衛星がスペースデブリの衝突によって故障、全損することを考えると、この価格帯は妥当かもしれない。政府の国のミッションや静止軌道帯に衛星を投入している企業などは、重要なミッション、フィールドを守るという意味では、デブリ除去を依頼するかもしれない。

今後、小型衛星の開発製造コストが下がるだろうし、ロケットの輸送コストも下がるだろう。そうなると益々低価格になる。一方で、スペースデブリ除去ビジネスの企業の視点に立場、小型衛星1機で複数のスペースデブリを除去できる技術などが開発は、コスパを考えると自然と出てくる発想だろう。例えば、広告衛星で有名なロシアStartrocketは、円柱型の衛星に複数のスペースデブリを除去できる構想を打ち出している。

文/齊田興哉
2004年東北大学大学院工学研究科を修了(工学博士)。同年、宇宙航空研究開発機構JAXAに入社し、人工衛星の2機の開発プロジェクトに従事。2012年日本総合研究所に入社。官公庁、企業向けの宇宙ビジネスのコンサルティングに従事。現在は各メディアの情報発信に力を入れている。

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