スターシップ HLS

スターシップHLS

スターシップHLS（Starship Human Landing System）は、アメリカ航空宇宙局（NASA）が進めるアルテミス計画において、有人月面着陸を実現するための重要なシステムです。スペースX社が、同社の大型宇宙船スターシップを基盤に開発しています。このシステムの主な役割は、月周回軌道上の宇宙船から宇宙飛行士を受け取り、安全に月面へ着陸させ、数日間の活動を支援した後、再び月周回軌道上の宇宙船へ帰還させることです。これは、2020年代後半を目指すアルテミス計画による月面への人類再着陸の要となります。

開発の背景と計画

スターシップ計画そのものは、スペースXがイーロン・マスク氏の火星植民地化構想を実現するために、2010年代初頭から民間資金で開発を進めてきた大型ロケット・宇宙船システムです。当初は火星への到達が主な目標でしたが、後に月を含む様々な天体への着陸能力も視野に入れるようになりました。開発過程では、機体主素材を炭素複合材からステンレス鋼に変更するなど試行錯誤が行われ、2019年から2021年にかけては、複数のプロトタイプによる大気圏内での試験飛行が繰り返されました。

スターシップHLSの開発は、このスターシップ計画のバリエーションとして、NASAとの正式な契約に基づき進められています。NASAはHLS調達の第3段階として、2021年4月にスペースXとアルテミス3ミッション用のHLS開発・製造・実証契約を結びました。これにより、アルテミス計画で再び人類を月面へ送り込む具体的なステップが踏み出されました。アルテミス3における初の有人月面着陸は、当初2025年が予定されていましたが、無人試験飛行の成功が必要なことから、現在は2026年9月以降に延期されています。

さらに、NASAは月面活動の持続性を考慮し、2022年11月にはアルテミス4ミッションに向けた追加契約（オプションB）を締結しました。この契約に基づき開発されるHLSは、月軌道プラットフォーム「ゲートウェイ」とのドッキング能力、4名の乗組員サポート、より多くの物資輸送能力など、持続的な月面活動に必要な要件を満たす設計となります。NASAは、スターシップHLSの設計を可能な限り汎用的に保つことで、開発効率を高め、将来のミッションへの迅速な対応が可能になると期待しています。

設計と技術的特徴

スターシップHLSは、月面での運用に特化して最適化されたスターシップの派生型です。地球への大気圏再突入を行わない設計のため、通常のスターシップが持つヒートシールドや空力制御翼は装備されていません。これにより機体重量が軽量化され、軌道上での燃料補給回数を削減できます。

他のHLS設計案が複数の分離ステージを持つ場合があるのに対し、スターシップHLSは宇宙船全体が月面へ着陸し、そのまま離陸する単一段式の設計を採用しています。推進システムには、スターシップと同様に6基の「ラプターエンジン」が搭載されています。これらのエンジンは、地球からの打ち上げ時の第2段機能に加え、月への遷移や月面からの離陸を含む全ての飛行段階で主要な推進力として使用されます。

月面への最終降下段階（高度100メートル以内）では、ラプターエンジンの強力な噴射が月面レゴリスを巻き上げるプルーム衝突を防ぐため、機体中央部に配置された高推力RCSスラスタが使用されます。これらのスラスタは、ラプターエンジンが使用する液体メタン・液体酸素とは異なり、気体のメタンと酸素を燃焼させて推力を発生させます。機体への電力供給は、円筒部分に設置されたソーラーパネルによって行われます。

軌道上での燃料補給

スターシップHLSの運用には、地球軌道上での大規模な推進剤補給が不可欠です。HLS本体の打ち上げ前に、複数のスターシップが燃料タンカーとして先に地球軌道へ打ち上げられ、推進剤を貯蔵します。ミッションの規模に応じて、4機から14機ものタンカーによる補給が必要とされており、液体燃料の蒸発（ボイルオフ）を防ぐため、タンカーの打ち上げと補給は迅速かつ連続して行われる必要があります。燃料補給を終えたHLSは、月へ向かう軌道へ遷移します。

ミッションの運用手順

アルテミス計画の月面着陸ミッションでは、まずスペースXのスーパーヘビー・ブースターがスターシップHLSを地球軌道へ打ち上げます。軌道上で、待機しているスターシップ・タンカー群から必要な推進剤を補給します。その後、HLSは月へ向かう軌道へ移ります。

月軌道に到達次第、NASAのSLSロケットで打ち上げられたオリオン宇宙船とドッキングします。オリオンから乗り移った宇宙飛行士はHLSで月面へ降下し、数日間の滞在中に5回以上の船外活動（EVA）を含む様々な任務を行います。月面活動を終えた後、HLSは月面から離陸して再び月軌道上のオリオン宇宙船とドッキングし、宇宙飛行士はオリオンへ帰還します。

主な特徴

月面近傍での精密な制御に使用される約24個の酸素・メタンスラスタ
月軌道上での最長100日間の周回・待機能力
複数回の船外活動（EVA）をサポートする高い機能性
十分な推進剤マージンによる、緊急時の迅速な月面離陸能力

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