スペースデブリについて詳しく解説

導入

スペースデブリ（スペースデブリ）は、宇宙航行学の分野において、軌道上で発見された宇宙ミッションの残留物体です。英語での対応する用語はspace debrisです。

この瓦礫のサイズは数ミリメートルからバスほどの大きさまでさまざまです。そのうち最大のものは宇宙発射装置の破片や未使用の衛星です。小さな破片のサイズはさまざまで、これらの大きな破片から切り離された部品から発生する可能性があります（場合によっては爆発の結果として）。

この破片は、軌道上の衛星に危険をもたらし、地上に落下する危険性をもたらします。実際、それらは高速で移動しており、小さな破片が衛星に衝突すると大きな損傷を引き起こす可能性があります。人工衛星、アメリカのシャトル、あるいはミールや国際宇宙ステーションのような宇宙ステーションはすでに回避しているし、今後も回避するために軌道を変更する必要があるだろう。スペースシャトルも、ミッションごとに 8 つの窓のうち 1 つまたは 2 つを変更する必要があります。このデブリの寿命も大きく異なり、およそ 1 年、最も高い軌道では約 10 年、さらには数世紀にもなります。したがって、彼らの数は増え続けており、懸念されており、さまざまな組織がそれらをリストに掲載しようとしているのはこのためです。

瓦礫の発生源

発生源に応じた瓦礫の分布。

1957 年 10 月 4 日に打ち上げられたスプートニク 1 号以来、地球上のさまざまな国によって 5,000 機以上の機械が宇宙に送られてきました。これらには、地球のいずれかの軌道に配置された衛星 (2007 年には約 4,800 基) と、月や他の惑星を探索するために地球のすぐ近くの環境を離れた探査機の両方が含まれます。これらの各ミッション中に、大量のスペースデブリが生成されます。

この破片はさまざまな起源から来ています。大きな破片は発射装置そのもの、通常は衛星を軌道に乗せるために使用されるロケットの最終段から来ます。衛星は故障したり退役したりして放棄されることがよくありました。 2007 年には、まだ軌道上にある 2,400 基の衛星のうち 4 分の 3 以上が使用されていないと推定されました。ただし、特定の偵察衛星はスペースデブリとしてリストされる可能性があるため、この数値は修正する必要がある可能性がありますが、この場合でも依然として管理されることになります。

ここで、 1 センチメートル程度の小さなデブリに注目すると、すでに 20 万個以上の物体がリストされており、1 ミリメートル程度の「粒子」タイプのデブリでは100 万個を超えています。これらは、ロケット、シャトル、人工衛星の爆発、磨耗、またはロケット エンジンからの粒子、塗料の破片などによって発生します。

中には組み立てや修理作業中に宇宙飛行士によって紛失されたものもあった。

これらすべての破片が衝突すると、さらに小さな破片が生成されます。

瓦礫の危険性と保護

スペースデブリが関係する事故は数多くありますが、宇宙は広大であるため、比較的少ないままです。

たとえば、国際宇宙ステーションは、 70 年ごとに 1 センチメートルを超える物体と衝突する危険があります。発電所の表面から太陽電池パネルを除外すると、その太陽電池パネルは広大であり、その損失は必ずしも深刻ではないため、リスクは 3 世紀に 1 回の影響に低下します。

2001 年 1 月 21 日にサウジアラビアで発見されたデルタ 2 の第 3 段の破片

軌道上の保護

サイズに応じて、破片は多かれ少なかれ目立ち、多かれ少なかれ危険であり、さまざまな保護が必要です。大きな破片 (10 センチメートルを超える) の場合、衛星、シャトル、または軌道ステーションを保護する唯一の解決策は、高度を変更してそれらを回避することです。これらの操縦は燃料費が非常にかかるため、衛星の寿命を縮めます。たとえば、1997 年 7 月にソー アジェナ発射装置から飛来する破片をスポット 2衛星が回避した際には、年間消費量に相当する 150 グラムに対し、400 グラムの推進剤が使用されました。ただし、必要に応じて、すでに数種類の衛星で回避操作が数回適用されています。

非常に一般的な 1 センチメートル未満の小さな粒子は、それらを防ぐためにシールドを使用することによって回避できません。しかし、このシールドにより宇宙船は明らかに重くなり、積載量や寿命が減少したり、コストが増加したりします。したがって、国際宇宙ステーションの重量の 10 分の 1 は、そのシールドによるものです (つまり、2008 年には約 30 トン)。スペースシャトルは、できる限り、衝撃がより大きな影響を与える機首や前縁ではなく、より抵抗力のある腹部と後部を進行方向に向けます。

最大の問題は、約 200,000 個あると推定される 1 ～ 10 センチメートルの中型の破片によって引き起こされます。これらの破片は、非常に重大なリスクをもたらし、何よりも保護策がないにもかかわらず、カタログに記載されていません。

地面の保護

大気圏に突入した破片の大部分は空気との摩擦による熱で炭化するため、地上での危険は大幅に低くなります。しかし、地球上ではかなりのサイズの破片が発見されることもあり、監視機関によって定期的に予測が行われています。