インタープラネタリー・トランスポート・システム

インタープラネタリー・トランスポート・システム (ITS)とは

インタープラネタリー・トランスポート・システム（Interplanetary Transport System, ITS、惑星間輸送システム）は、アメリカの宇宙企業スペースXが2016年に発表した、再使用可能なロケット、打ち上げ機、宇宙船からなる宇宙飛行システムです。このシステムは、特に火星への有人飛行を視野に入れて設計されました。当初はマーズ・コロニアル・トランスポーター（Mars Colonial Transporter, MCT、火星植民輸送船）という名称で呼ばれていました。

スペースXはITS発表の翌年、2017年にITSを発展させたBFR（後のスターシップ）というロケットを発表し、以後はBFRの開発に重点を置いています。BFRをITSの一要素として捉えることもできますが、ここでは2016年に発表されたITSの構想について詳しく解説します。

歴史

スペースXのCEOであるイーロン・マスクは、2007年頃から火星への有人探査と定住を個人的な目標としてきました。2011年には、10年から20年以内に火星に人類を送りたいと述べています。また、2012年以降には火星に1000人規模の植民地を10か所建設する構想を持ち、最初の植民地は2020年代半ば以降に建設される予定でした。

2012年11月、マスクは既存のファルコン9/ファルコンヘビーに続く再使用型ロケットシステムを開発する計画を公表しました。当初、この計画は「スペースX社の発展型ファルコンブースター」と伝えられましたが、スペースXからの正式な発表は2013年までありませんでした。

2013年6月、マスクはスペースXの株式を「マーズ・コロニアル・トランスポーター (MCT)」が定期的に運行を開始した後に公開すると語りました。2014年2月には、MCTが「SUVの100倍の大きさ」で100人を一度に火星に輸送できると述べました。また、スペースXのエンジン開発責任者であるトム・ミューラーは、ラプターエンジンをファルコン9のブースターコアに使用されているマーリンエンジンと同様に使用する計画を明らかにしました。彼は「一度に100トンの貨物を火星に輸送できる」とも述べています。

MCTに使用される予定の大型ロケットのコアブースターは直径10mで、ファルコン9のブースターコアの約3倍、断面積は7倍以上でした。2014年8月には、ラプターエンジンを搭載した超重量級打ち上げ機が2020年代初頭に打ち上げ試験を行う予定だと報道されました。ただし、植民地化については「さらに未来」になるだろうとされました。

2015年1月、マスクは2015年末に火星輸送システムに関する詳細を発表したいと述べました。そして、2016年9月、マスクは輸送システムが火星以遠にも対応可能であるとして、インタープラネタリー・トランスポート・システム (ITS) と命名し、第67回国際宇宙会議で初めて詳細を明らかにしました。

発表された打ち上げ機は直径12m、宇宙船は17mと巨大で、全長は122mにも達しました。打ち上げ機には42基、宇宙船には9基のラプターエンジンが搭載されていました。しかし、2017年の第68回国際宇宙会議では、前年の計画が過大であったとして、縮小された新しい計画が発表されました。この計画では、BFR（後のスターシップ）は、打ち上げ機と宇宙船の両方の直径が9m、全長が106mとなり、エンジン数は打ち上げ機に31基、宇宙船に6基となりました。この機体が運用中のファルコン9の後継機となることが示され、以後スペースXはBFRの開発を続けています。

システムの構成

ITSは、地球軌道を超えた長期飛行、特に火星への輸送コストを大幅に削減するために、いくつかの特徴を持つように設計されました。主な特徴は以下の通りです。

新型再使用可能な超大型打ち上げ機: この打ち上げ機は、再使用可能なブースターであるインタープラネタリー・ブースターと、2段目ブースターを兼ねる再使用可能な2種類の宇宙機で構成されます。これらの宇宙機は、惑星間飛行に対応した大型宇宙船と、地球軌道に燃料を運ぶためのITSタンカーです。ロケットの2段目と宇宙機を組み合わせる方式は、従来の宇宙ミッションでは稀です。
軌道上での燃料補給: 燃料補給を前提とすることで、宇宙船は自身の燃料を低軌道に到達するための2段目ブースターとして使用し、他の惑星への軌道に乗るためのデルタVを得ることが可能になります。
火星での燃料生産: 地球への帰還と宇宙船の再使用を実現し、輸送コストを劇的に削減するために、現地での燃料生産が計画されています。
メタン (CH4) / 酸素 (O2) 燃料の使用: メタンと酸素の組み合わせは、他の燃料に比べて火星での生産が容易で、地球上でも低コストです。また、メタン酸素は宇宙機の再使用や軌道上での燃料補給にも適しています。

超大型打ち上げ機

ITSの超大型打ち上げ機は、火星軌道に450トン（軌道上での燃料補給を含む）、地球低軌道に380トン（ITSタンカー単独）もの打ち上げ能力を持つ計画でした。発表当時、このロケットには正式な名称がありませんでしたが、マスクは自身のTwitterでミレニアムという名称を提案しました。以前は、1993年のビデオゲームDOOMに登場する最強武器「BFG 9000」からBFRとも呼ばれていました（2017年以降、BFRの名称が公式に使用されました）。2016年9月の公式発表では、各要素はインタープラネタリー・ブースター、インタープラネタリー・スペースシップ、タンカーとして言及されました。

ITSの打ち上げ機は、1段目と2段目の両方に液体メタンと液体酸素を燃料とするラプターロケットエンジンを使用します。これらの燃料の場合、タンクの圧力が自動的に調整されるため、ヘリウムによる加圧が不要になります。打ち上げ機の再使用には、スペースXが当時ファルコン9とファルコンヘビーで開発中の再使用技術が用いられる予定でした。

インタープラネタリー・スペースシップ

インタープラネタリー・スペースシップは、全長49.5m、最大直径17mという大型の宇宙船で、450トンの貨物と乗客を火星に運ぶ能力を持つ計画でした。初期の打ち上げでは、乗客は少数にとどまり、機材が大半を占めることが予想されました。宇宙放射線を遮蔽するために水の内層を持ち、室内の酸素分圧は地球の大気の最大2倍になる可能性があります。

マスクはこの宇宙機を当初、1段目のBFRから派生してBFS (Big F**ing Spaceship) と呼んでいました。マスクは、この宇宙機が火星における人類の最初の居住地として効率的だと述べています。ITS発表当時、宇宙機はインタープラネタリー・スペースシップと呼ばれていましたが、マスクは、火星に向かう最初の宇宙船の名前が、銀河ヒッチハイクガイドに登場する宇宙船に因んだ「Heart of Gold」になるかもしれないと語っています。

ITSタンカー

ITSタンカーは、燃料輸送用のタンカーで、インタープラネタリー・スペースシップと同様に、ITSの打ち上げ機の2段目として機能します。タンカーは地球低軌道での宇宙船への燃料補給に特化しており、打ち上げと短期間の飛行を行うように設計されています。打ち上げ後、軌道上で待機しているスペースシップからの操作でランデブーを行い、最大380トンの液体メタンと液体酸素を給油します。インタープラネタリー・スペースシップは最大1900トンの燃料を搭載可能なため、長期間の宇宙飛行には最大5機のタンカーが必要です。

ITSタンカーの寸法は、インタープラネタリー・スペースシップと同じく全長49.5m、直径17mです。宇宙機は推進用6基、マニューバ用3基の計9基のラプターエンジンを搭載します。これらのラプターエンジンは真空環境に最適化されており、1基当たりの推進力は3MN（670,000lbf）です。燃料補給ミッション完了後、タンカーは大気圏再突入を行い着陸し、再使用されます。

打ち上げ施設

最初の打ち上げ施設としては、フロリダ州ケネディ宇宙センター第39発射施設 (LC-39A) が想定されていました。ITSの打ち上げ機には小さすぎると考えられていましたが、ラプターエンジンの大きさ自体は、既に使われているマーリン1Dエンジンに近いものでした。ただし、各エンジンの出力は約3倍になります。39Aでは27基のマーリンエンジンを搭載したファルコンヘビーの打ち上げが計画されていましたが、ITSの打ち上げ機は42基のラプターエンジンを搭載する予定でした。

マスクは2016年9月27日の発表で、ITSの打ち上げを複数の射場から行うことを示唆しました。2つ目の候補地として、南テキサス州の海岸沿いの射場が挙げられています。

2014年3月時点で、ITSの打ち上げ施設は確定していませんでした。しかし、スペースXはリース中のLC-39AがITSの打ち上げには不十分であるとし、直径10m級のロケットに対応する新しい射場を建設する考えを示しました。2014年9月、マスクは他の惑星に向かう最初の人間が南テキサスの同社の射場から打ち上げられるかもしれないと述べています。

火星植民計画

マスクは火星の植民について、10人強の小さなグループからスタートすると想定しています。この小さな拠点が時間とともに成長し、やがては自給自足可能な社会を作り上げ、100万人以上の人々が暮らす世界になることを目指しています。マスクは、100万人の人口が必要な理由について、火星に産業基盤を再構築する必要があるためだと述べています。

火星への旅は平均で115日かかります。マスクは輸送コストを50万ドル程度に引き下げることを目標としています。火星に人を送る前に、居住施設や物資を送り込むための無人ミッションが数回行われる予定です。初期ミッションでは、肥料生産装置、火星大気からメタンと酸素を生産する装置、作物を育てるためのドームなどが送られる計画です。

外惑星探査

2016年9月のITS発表では、火星以外のミッションとして、土星の衛星エンケラドゥス、木星の衛星エウロパ、エッジワース・カイパーベルト天体、さらに冥王星に燃料貯蔵庫を置いてオールトの雲を探索する案も提示されました。

コスト

ITSによる火星への輸送コストは、推進剤コストが168ドル/トン、射場コストが1打ち上げあたり20万ドル、割引率を5%と仮定した場合、合計コストは6200万ドルと試算されています。450トンの貨物を輸送した場合、火星への1トンあたりのコストは14万ドル未満になります（再使用が完全に成功した場合）。

ITS以前の火星ミッション

スペースXは、ITSの最初の打ち上げに先立ち、ファルコンヘビーと火星仕様のドラゴン宇宙船による火星探査を計画していました。惑星の位置関係から、火星ミッションが可能な時期は通常約26ヶ月ごととなります。2016年6月、スペースXは最初の打ち上げを2018年に計画しており、各打ち上げ可能時期ごとに打ち上げを行うつもりだと発表しました。初期のミッションでは、ITSの設計改善に必要なデータを収集し、水や建築資材などの資源が利用可能な着陸場所を選定する計画でした。

ITSの発表では、2度のファルコンヘビーによる火星ミッションの後、2022年にITSの最初のミッションを行うという野心的なスケジュールが提示されました。

2018年: スペースXによる初の火星ミッション。ファルコンヘビーとドラゴン宇宙船を改造したレッド・ドラゴンを使用。
2020年: 2度目の火星ミッション。ファルコンヘビーにより少なくとも2機のレッド・ドラゴンを火星に送り込む。
2022年: 3度目の無人ミッション。ITSを用いて各種機材を火星に運び込む。
* 2024年: ITSによる最初の有人ミッション

これらの計画は、後にレッド・ドラゴンの開発中止やBFRへの計画変更に伴い全面的に変更されました。

この情報から、スペースXが火星への有人飛行と植民地化に向けて、壮大な構想と計画を立てていたことがわかります。

もう一度検索