低エネルギー遷移

低エネルギー遷移とは？

低エネルギー遷移（Low-Energy Transfer）は、宇宙機が地球から月へ向かう際に採用される効率的な軌道遷移手法です。この方法では、宇宙機はまず細い楕円軌道に入り、地球-太陽系のL1やL2に近い位置に到達します。その際、太陽の重力の影響を受けて、必要な角速度を得て楕円軌道が膨らみます。最終的には、月での減速スイングバイを経て捕獲軌道に移行します。古典的な軌道遷移手法であるホーマン遷移や二重楕円遷移と比べると、少ない推進剤で移動できる利点がありますが、時間的には長くかかるため、特に無人ミッションにおいて重宝されています。

弾道捕獲と弱安定領域

低エネルギー遷移は、弾道捕獲の一種でもあります。一般に、不安定なラグランジュ点同士を結ぶ軌道は、小さなデルタV（速度変更）で太陽系を移動する手段として利用されることが多く、このような軌道のネットワークは「ITN（Interplanetary Transport Network）」と呼ばれています。低エネルギー遷移は、太陽-惑星系のL1やL2と惑星-衛星系のL2を結ぶITNの一部と見ることができます。

利用例

低エネルギー遷移を用いた計画には、以下のような例があります（開発機関も記載）:

• - ひてん（JAXA）
• - スマート1（ESA）
• - ジェネシス（NASA）
• - GRAIL（NASA）
• - タヌリ（KARI）

さらに、進行中または将来的なミッションには、ベピ・コロンボ（ESA/JAXA）、キャップストーン（NASA）、SLIM（JAXA）、European Student Moon Orbiter、マーズ・ダイレクトなどがあります。

歴史的背景

日本の宇宙機「ひてん」は、1991年にこの低エネルギー遷移を初めて実証しました。このミッションでは、月スイングバイの際に「はごろも」という孫衛星を分離しましたが、通信障害によりその後の確認は行えませんでした。この件について、エドワード・ベルブルーノが開発した捕獲軌道によって、「ひてん」を月周回軌道に入れる支援を行いました。彼らが設計した軌道は、柔軟に調整可能で宇宙船のスラスターによって実現でき、従来の方法とは異なり、長い遷移時間を必要とします。

推進剤の節約効果

低エネルギー遷移を使用することで、地球低軌道から月周回軌道への遷移において、従来の方法と比較して最大で25%の推進剤を節約できることがわかっています。このため、ペイロードを倍増させることが可能になります。ロバート・ファークハーは、ΔVが3.5 km/sの9日間で月軌道への遷移ができることを提案しましたが、ベルブルーノの方法は3.1 km/sのΔVで済みます。このため、運用上の利点も見込まれます。

終わりに

月へ向かう低エネルギー遷移は、宇宙探査において新たな可能性を切り開く手法として、今後のミッションにおいてもますます注目されることでしょう。節約した推進剤を他の用途に活用することで、未来の探査計画においても豊かなリソースが活用されていくことが期待されます。

もう一度検索