スターシップ (宇宙船)

スターシップ (Starship)

スターシップは、アメリカの宇宙開発企業スペースXが開発を進める、完全に再使用可能な二段式の超大型ロケットおよび宇宙船です。打ち上げシステム全体としては、第一段ブースター部分が「スーパーヘビー」、第二段ロケット兼宇宙船部分が「スターシップ」と呼ばれます。従来のロケットとは異なり、スターシップは単なる打ち上げ機の上段としてだけでなく、乗員や貨物を搭載して長期間宇宙に滞在できる多目的宇宙船としての機能も兼ね備えています。

この画期的なシステムの開発目標は、既存のファルコン9ロケットなどを置き換え、宇宙輸送コストを劇的に（従来の100分の1程度に）削減し、宇宙へのアクセスを飛躍的に向上させることにあります。スペースXの長期的な野望である人類の火星移住計画において、スターシップは不可欠な役割を担うと位置づけられています。また、NASAが進める有人月探査計画「アルテミス計画」における月着陸船としても選定されており、近い将来の月面着陸が期待されています。

開発の歴史と名称の変遷

スターシップの構想は、スペースX創業者のイーロン・マスク氏が長年掲げてきた有人火星探査、そして火星植民という目標に端を発します。惑星間での生命維持を目指す上で、従来のロケットを遥かに凌駕する超大型の輸送手段が必要と認識されていました。

開発は秘密裏に進められ、2012年には主エンジンとなる「ラプター」の開発が報じられます。2016年9月の国際宇宙会議(IAC)で、マスク氏は初めてその詳細を公開しました。当初は直径12mの「インタープラネタリー・トランスポート・システム（ITS）」として発表され、ブースター、宇宙船、軌道上での燃料補給を行うタンカーの3種類の機体で構成される計画が示されました。

翌2017年のIACでは、ITSを見直した「BFR」と呼ばれる設計が発表されます。直径は9mに縮小され、初期は地球・月軌道での運用、後に火星を目指す方針が示されました。BFRの名称は「Big Falcon Rocket」の略と説明されましたが、マスク氏自身はゲームに登場する強力な武器に由来すると示唆しており、非公式には「Big Fucking Rocket」とも称されました。この設計では、惑星間飛行用やタンカーに加え、衛星打ち上げに特化したバージョンも構想され、地球上の長距離旅客輸送への応用も示されました。

2018年9月には設計がさらに更新され、民間初の月周回旅行計画も発表されました（この契約は後に中止）。同年11月、ついに現在の「スターシップ」（2段目宇宙船）と「スーパーヘビー」（1段目ブースター）という名称が公式に発表されます。この時期には機体素材がカーボンからステンレス鋼に変更され、その外見も銀色へと変化しました。

試験飛行と軌道への道のり

2019年から、試作機による様々な試験が開始されました。初期の「スターホッパー」による低高度試験に成功した後、本格的な機体による開発が進められます。燃料タンクの加圧試験中の破裂など複数の失敗を経験しながらも、設計改良が進められました。2020年にはスターシップ単体での高度150m飛行試験に成功し、2020年末からはノーズコーンやフラップを備えた実物大機による高高度飛行試験が始まりました。

これらの高高度試験では、高度約10kmまで上昇し、エンジン停止、大気圏再突入時の姿勢制御（ベリーフロップ）、そして着陸直前の再点火といった一連の複雑な操作が検証されました。初期の機体では着陸失敗や着陸後の爆発なども見られましたが、継続的な改良の結果、2021年5月にはスターシップSN15が初めて軟着陸に成功しました。

高高度試験を経て、システム全体を組み合わせた軌道飛行試験へと段階が進みました。スーパーヘビーの地上試験や発射施設の改修が進められ、改良型ラプター2エンジンが導入されました。2023年4月20日には、スーパーヘビーとスターシップを組み合わせた初の軌道飛行試験が実施されました。打ち上げには成功したものの、段分離に失敗し、機体は自動停止システムにより爆破されました。また、スーパーヘビーのエンジン問題や発射台の損傷といった課題も浮き彫りになりました。

これらの課題を受けて、発射台に水冷式ディフレクターを設置し、分離方式をホットステージング（1段目が燃焼中に2段目が点火・分離）に変更するなど、大規模な改修が行われました。

2023年11月18日に行われた2度目の試験では、スーパーヘビーの安定した飛行とホットステージングによる分離に成功しましたが、スーパーヘビーは着水前に、スターシップは宇宙空間で通信を喪失しました。

2024年3月14日の3度目の試験では、スターシップが計画通りの軌道（軌道速度直前）に到達し、軌道上での推進剤移送試験やペイロードベイ開閉試験も実施されました。しかし、スターシップは再突入中に破壊され、スーパーヘビーも着水直前に爆発しました。

続く2024年6月6日の4度目の試験で、スーパーヘビーは初めてメキシコ湾への着水に成功。スターシップもフラップに損傷はあったものの、インド洋への着水に成功し、回収・再使用の可能性が示されました。

2024年10月13日の5度目の試験では、スーパーヘビーが発射台への帰還・メカニカルアームによる回収に成功。スターシップも損傷なく目標地点に着水しました。翌11月19日の6度目の試験では、スーパーヘビーの回収は行われませんでしたが、スターシップは再び正確な着水に成功し、宇宙空間でのエンジン再点火も確認されました。

2025年1月16日の7度目の試験では、大型化された改良型「ブロック2」スターシップが初飛行。スーパーヘビーの帰還には成功したものの、スターシップは飛行中に空中分解しました。3月6日の8度目の試験も打ち上げ直後に失敗しています。継続的な試験を通じて、システムの信頼性向上と運用確立を目指しています。

設計と多様な用途

スターシップ／スーパーヘビーは、地球[低軌道]だけでなく、月や火星といった地球軌道外(BEO)への輸送も想定して設計されています。これにより、様々なミッションに対して共通の機体を用いることで、コスト削減と開発リソースの集中を図ります。

システムは、再使用可能な第1段スーパーヘビーと、ペイロード区画と統合された再使用可能な第2段スターシップで構成されます。スターシップには、用途に応じていくつかのバージョンが計画されています。

宇宙船 (Crew/Cargo variant): 有人飛行や貨物輸送に対応。惑星間飛行や、地球上の異なる地点間を短時間で結ぶ長距離輸送にも利用されます。
タンカー (Tanker variant): 軌道上での燃料補給に特化。これにより、宇宙船は地球周回軌道に到達した後、惑星間飛行に必要な大量の推進剤を補給できます。
衛星打ち上げ機 (Satellite Deployment variant): 衛星打ち上げに最適化され、巨大なカーゴベイドアを備えます。
月着陸船 (Starship HLS - Human Landing System): NASAアルテミス計画向け。月面運用に特化し、再突入機能や可動フラップは持ちません。月面のレゴリス巻き上げを防ぐため、着陸エンジンが機体の中程に配置されています。

長期の宇宙飛行、特に火星ミッションにおいては、軌道上での燃料補給が不可欠です。火星ミッションではさらに、火星の地下に存在する水氷と大気中の二酸化炭素を利用して現地でメタンと液体酸素を生成する「燃料工場」を建設し、帰還用の燃料を現地で調達する計画も進められています。これにより、スターシップの再使用とコスト効率の高い運用が可能になります。

スターシップ／スーパーヘビーは、垂直離着陸、発射地点への帰還、複数のエンジン停止に耐える高い信頼性（航空機レベルを目指す）、自動ランデブー・ドッキング、再使用可能な耐熱シールド、そして最大40の居住空間や共有エリアを備える広大な与圧空間などを特徴とします。

打ち上げ能力も段階的に向上させる計画であり、将来的な「スターシップ3」では全長150m、LEOへの再使用ペイロード能力200トン以上を目指し、打ち上げコストも200～300万ドルという驚異的な低価格化を目標に掲げています。

運用と将来展望

スターシップ／スーパーヘビーは、既存のファルコン9やファルコンヘビー、ドラゴン宇宙船を完全に置き換えるシステムとなる見込みです。完全に再使用し、発射地点に戻ってくる運用が実現すれば、その打ち上げコストは小型ロケットよりも安価になるとスペースXは見込んでいます。

その用途は、従来の衛星打ち上げから、月周辺の長期滞在、火星への人員・物資輸送、さらに外惑星への有人探査にまで広がります。また、地球上の二地点間を1時間以内で結ぶ超高速旅客輸送手段としての可能性も探られています。

特に火星に関しては、スターシップを用いて初期の燃料工場や基地を建設し、将来的には自給自足可能な植民地を築くという長期的な目標があります。初期の無人ミッションで基地設営に必要な資材を運び込み、その後、有人ミッションで人員を送り込む計画が進められています。火星基地の場所選定においては、太陽光発電に適した緯度に加え、燃料生成に不可欠な地下の大量で純粋な水氷の存在が重要な条件となります。

アルテミス計画における月着陸船（HLS）としては、NASAとの間で複数回の契約が締結されており、宇宙飛行士を月周回軌道から月面へ輸送する重要な役割を担うことになります。

スターシップは、これまでの宇宙開発の概念を覆す可能性を秘めたシステムであり、その開発は多くの課題に直面しながらも、着実に前進しています。その成功は、人類の宇宙への活動領域を大きく広げる鍵となるでしょう。

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