宇宙待機軌道

宇宙待機軌道は、人工衛星やその他の宇宙機が打ち上げられる際に、一時的に使用される地球を周回する軌道です。パーキング軌道とも呼ばれます。これは、宇宙機を直ちに最終的な目的軌道に投入するのではなく、一旦比較的低い高度の軌道に留めるためのものです。

打ち上げから目的軌道へ

一般的に、宇宙待機軌道を利用する打ち上げでは、ロケットはまず第一段階の加速を終えて、この待機軌道に入ります。宇宙機はここでしばらくの間、エンジンの噴射を行わずに慣性力によって飛行します。この待機時間中に、搭載機器の動作確認や、最終的な目標軌道への投入タイミングの計算などが行われることがあります。その後、最適な位置とタイミングで再びロケットエンジンを噴射し、最終的な目的軌道へと加速・移行します。

これに対し、宇宙待機軌道を経由しない方法は「直接噴射」と呼ばれます。直接噴射では、ロケットは基本的に燃料が許す限り加速を続け、一度の連続した噴射（またはロケット段の切り離しを除く）で最終軌道に到達しようとします。宇宙待機軌道は、この直接噴射方式では難しい様々な要求に対応するために採用されます。

利用される主な目的

宇宙待機軌道が利用されるのにはいくつかの重要な理由があります。

打ち上げウィンドウの拡大: 特に惑星探査ミッションのような地球外へのミッションでは、目標天体との相対位置関係から、打ち上げ可能な時間帯（打ち上げウィンドウ）が非常に短く、わずか数秒から数分しかないことがあります。宇宙待機軌道を利用することで、このウィンドウを数時間にまで広げることが可能になります。一時的に待機軌道に留まることで、目標軌道へ向かうための最適な出発点に到達するまでの時間を調整できるためです。

最終噴射位置の最適化: 高エネルギー軌道、例えば静止軌道や惑星間軌道への投入では、最後の加速噴射を行うべき場所が厳密に決められている場合があります。静止軌道の場合、最終的な軌道修正は赤道上空で行うのが最も効率的です。宇宙待機軌道を利用すれば、地球を周回しながら最適な赤道上空に到達するのを待ち、そこで最後の噴射を行って静止遷移軌道に乗ることができます。地球外ミッションでも、特定の方向へ正確に投入するために噴射位置を調整する必要があり、待機軌道がその調整を可能にします。

システムの最終確認: 宇宙空間で主要な軌道変更を行う前に、宇宙機全体のシステムが設計通りに機能しているかを最終的に確認するための時間として利用されることがあります。アポロ計画で月に向かう前に地球近傍の待機軌道で最終チェックが行われたのはその一例です。

効率的な高高度軌道投入と軌道傾斜角変更: 目的軌道の高度が非常に高い場合や、軌道傾斜角を大きく変更する必要がある場合に、待機軌道を経由することで使用する燃料を節約できることがあります。特定のタイミングや位置で複数回に分けて噴射を行う方が、一度に大きな変更を行うよりも効率的になるためです。

具体的な適用事例

宇宙待機軌道は、様々なミッションでその特性が活かされています。

アポロ計画: 月面着陸を目指したアポロ計画では、静止軌道への投入が必要な場合を除き、上述の理由からこの軌道が頻繁に利用されました。地球周回軌道で最終的なシステムのチェックを行った後、月へ向かう軌道に乗るために利用されました。

スペースシャトル: 国際宇宙ステーション（ISS）への物資輸送などのミッションでは、スペースシャトルはこの軌道を利用しませんでした。ISSが高い軌道傾斜角を持つ比較的低高度の軌道にあるため、宇宙待機軌道の利点が小さく、またシャトルが複数回の大きな再噴射を行う能力に制約があったこと、ISSミッションの打ち上げウィンドウが惑星ミッションほど厳しくなかったことなどが理由です。一方で、スペースシャトルがガリレオのような惑星間探査機をペイロードとして運ぶ際には、探査機を正確な方向に投入するために宇宙待機軌道が利用されました。

アリアン5: 欧州の大型ロケットであるアリアン5は、初期の設計では宇宙待機軌道を利用していませんでしたが、上段（第2段）が再噴射可能なように改良されたことで、将来のミッションではこの軌道の利用が可能になり、検討されています。

欧州補給機 (ATV): 国際宇宙ステーションへ物資を運ぶ欧州補給機（ATV）は、文字通り待機軌道に数ヶ月間留まることがありました。これは、ISSとのランデブーやドッキングのタイミングを調整するためです。特に、スペースシャトルがドッキングしている間や、他の宇宙船（ソユーズやプログレス）が手動でドッキングや離脱を行っている間は、安全上の理由からATVはISSに接近しない必要があり、その間、待機軌道で軌道を維持しながら待機していました。

このように、宇宙待機軌道は、現代の宇宙輸送において、多様なミッション要件に対応するための柔軟性と効率性を提供する重要な手段の一つとなっています。

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