宇宙技術開発株式会社

相次ぐ月ミッションの行方

最終更新 2008.04.07

アメリカの月探査計画

アポロ17号着陸時画像

月の宇宙開発計画というと、米国の「アポロ計画」が浮かぶ人が多いのではないでしょうか。幼少の記憶に鮮明に残り宇宙の道に進んだ方も多いと思うのですが、今どきの方には「古い…」と一括されそうですね。

そのアポロ計画以来、米国宇宙局NASAは、1998年1月から1999年7月まで「ルナー・プロスペクタ-・ミッション」という月探査計画を実施しました。このルナー・プロスペクター・ミッションでは、月の両極で永久に日陰となっている地表の浅い部分に、氷(水の)が存在する可能性が示唆されていました。が、はっきりとした結果は得られませんでした。その後、NASAでは近年まで月に対しては(目標には掲げられながらも)具体的な計画発表は控えられてきました。

ところが、2006年4月になってNASAでは、具体的な月への探査計画が発表されました。新しい月面探査の計画では、火星から先への探査のため、足がかりをつくる目的の基地を設置することになりました。利用するのは、アポロ計画とシャトル計画の技術の粋を集めた打ち上げ機と探査機です。宇宙船の電力供給はソーラー・パネルからの太陽光を利用しています。月着陸船などにはNASAの発表当初、推進剤としてメタンを使用する構想となっていましたが、これは現在では変更されているようです。

2006年の発表では、5年後に、この新しい宇宙船が輸送を始め、2008年から2016年までロボット探査による基礎作りがはじまり、2018年には再び宇宙飛行士を月に送り込む計画になっていました。

問題にされる安全面でも、脱出カプセルが先端に配置されるなどの配慮もあり、打ち上げ機は10回ほど再利用できるとのこと。帰還する宇宙機は、陸地にパラシュートで投下した後に、NASAは、容易に機能回復し、熱シールドを取り替えて、再びそれを打ち上げます。バックアップオプションとして着水も考慮されているとのことでした。

なお、2006年7月31日にJAXAにより開催された「SELENEシンポジウム」での発表では、2008年10月に月に向けてLRO(Lunar Reconnaissance Orbiter)とLCROSS(Lunar CRater Observation and Sensing Satellite)が打ち上げられる予定となっていました。(結果については、「月探査は新たな段階へ」で記述します。)

NASAが「再び月へ」の計画を打ち出した背景には、火星有人探査の布石を今世紀中に確立しておきたいという考え方があるようです。壮大な計画の中でも、具体的にどのエンジンが使われるか、2006年4月の報告では、一般人にも実現性がわかりやすく説明されていました。月へ常に人を滞在させることで、月のリソース(ここでは素材のことです)を使うことができるようになることが期待されています。リソースとは、他国も注目している極地域の氷や酸素や水素・希少金属などで、この計画ではそれらのリソース探査もターゲットとなっています。

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欧州の月探査計画

一方、欧州宇宙機関ESAでは、米国に先駆けて2003年9月27日にSMART-1(Small Missions for Advanced Research in Technology)という月周回衛星で月の表面を観測しています。ミッションの目的は、NASAと同じくその先の惑星探査を見据えたものでした。SMART-1は、2004年11月16日にに月周回軌道に移行し、翌2月に入ってから月面の多くの写真やデータを送ってきて多くの成果をあげましたが、2006年9月3日には、月面のクレータに衝突させてミッションを終了しました。

SMART-1には、D-CIX (Demonstration of Compact Imaging X-ray Spectrometer) というX線スペクトロメータと、SIR (SMART-1 Infrared Spectrometer) という赤外線スペクトロメータ、AMIE (Advanced Moon micro-Imager Experiment)という小型CCDカメラなどが搭載されていました。ESAサイトに行くとよく公開されているモノクロの鮮明な月のイメージは、このカメラが撮影したものです。ご覧になられていない方は、是非一度ESAサイトにいってみることをお勧めいたします。このカメラでは赤のバンドをひとつ(750nm)、赤外線でのバンドを2つ(900nm,950nm)、レーザリンク実験用に850nmのバンドを持っています。デジタルカメラを使う方にはわかりやすいかと思いますが、1回の撮影が1024×1024ピクセルで1ピクセル(画素)でおよそ約50mの解像度です。ただしSMART-1の高度は一定でないため鮮明さは多少変化したものが撮影されています。

X線スペクトロメータのD-CIXでは、月の表面で反射される太陽のX線スペクトルを観測します。このスペクトルを観測すると太陽からの直接光の中で吸収されている部分がわかります。これは月の表面の岩石によって吸収されたと考えるわけですが、X線のどの部分がどの程度吸収されているかで、月表面に含まれる特にマグネシウム(Mg)やアルミニウム(Al)、珪素(Si)の元素を特定できるわけです。これらを計測することは将来の月資源利用にとても役に立つと考えられています。今までの観測結果では考えられていたよりも多いカルシウムの存在が明らかにされてきています。

赤外線スペクトロメータであるSIRでは、様々な鉱物・氷などの主要な吸収バンドを計測できる近赤外線域0.9--3.0ミクロンの範囲が選択されました。観測範囲は月面の輝石類や、橄欖(カンラン)石や長石などの様々な成分を区別するのに高い能力がある900-2400nmで、様々な鉱物等を分析できるようになっています。もちろん氷や霜、水や二酸化炭素・一酸化炭素の検出もできる能力があります。

欧州のSMART-1の成果によって、これらのセンサを使って月面を200mほどの解像度かつ多バンドで観測することができ、多くのデータが収集されましたが、残念ながら、まだ極域の水発見など決定的なニュースは届きませんでした。欧州ではこのミッションの継続として、2008年に打ち上げ予定のインドのチャンドラヤーン1号への協力としてSMART-1に搭載した機器と同様の機器を提供しています。

参考記事サイト

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インドの月探査計画

インドでは、2000年頃から月ミッションに関する計画が進められ、2003年に議会で一部承認を受けました。2008年打ち上げが予定されているのが、チャンドラヤーン1号(CHANDRAYAAN-1)で、現在既に基本となるペイロードとして自国のセンサの他にESAのSMART-1に搭載されているセンサが搭載予定で、他にも国際協力ペイロードとして、米国のセンサ、欧州・日本のセンサの搭載されています。チャンドラヤーン1号の計画は、月上空100kmの周回軌道からの様々な観測で、初期の楕円軌道投入後順調に高度を下げ、計画を遂行しました。

また、チャンドラヤーン2号による月着陸・探査、及び、その後に惑星探査ミッションが据えられており、5,6年単位の目標として、どの国も同様のミッション・及び・スケジュールを計画している状況となっています。

中国の月探査計画

中国でも2003年3月1日に近いうちに月探査のための計画があることを公表しています。中国国家航天局では「嫦娥(チャンゲ(日本ではじょうがとそのまま読んでいるものもあり))1号」という、中国語の仙女の名がつく月探査計画が発表されています。1号は2007年に打ち上げが予定されており、2020年までの3段階にわたる壮大な計画で、月周回をする「周」、着陸機である「落」、サンプルリターン機である「還」の3つの段階で構成される計画となっているようです。

日本の月探査計画

その中で、日本が推進していた月探査計画とは…。日本では宇宙三機関が統合する以前、宇宙科学研究所(ISAS)の時代から、月探査の衛星や計画があり、遠隔操作ロボットや計測器を打ち込むペネトレータなど、興味のある方は昔から注目されていたことと思います。すでに1990年には「ひてん」を1992年には「はごろも」を月の周回軌道に載せているばかりでなく、1993年に「はごろも」は月に降下・衝突させています。

かぐや

続く日本の月探査計画として、注目を浴びたのが、2007年度打ち上げの月周回の大型衛星SELENE(セレーネ:SELenological and ENgineering Explorer) でした。これは、JAXAにより進められている計画で、日本で初めての大型月探査機としてH-IIAロケットによって打ち上げられました。月の表面の元素・鉱物・地形・表面に近い部分の地下構造や磁気異常・などを観測し、月の起源・進化の解明に迫りました。

セレーネは、月を周回する主衛星とリレー衛星(RSAT)とブイラド(VRAD)衛星と呼ばれる2機の副衛星から構成されており、主衛星は月の高度100キロメートルの極周回円軌道に投入されました。リレー衛星は、遠月点高度と呼ばれる2400キロメートルの月の楕円軌道にのって、月の裏側の重力計測のために、地球の地上局と主衛星の間の通信を中継しました。

一方、ブイラド衛星は遠月点高度800キロメートルの楕円軌道に投入され、リレー衛星と共に主衛星の軌道決定上の電波を送受信しました。重力場が与える主衛星の軌道への影響から、まだ精度が低いデータしか得られていない月の周りの重力場のデータの精度をあげる役割でした。この計画では、観測だけでなく、月面への軟着陸や将来の月探査・利用のための技術開発も目的としています。

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かぐや諸元

打上げ日時 2007年9月14日(金)午前10時31分
打上げロケット H-IIA13号機
打上げ時ペイロード重量 約2900kg(ドライ重量約1300kg)
内リレー衛星及びVRAD衛星は各50kg程度
形状
  • パドル開閉前、主構体が約2.1m×2.1m×2.8m
  • リレー衛星及びVRAD衛星はいずれも、八角柱形状1m×1m×0.65m
観測軌道
  • 高度100km軌道傾斜角90度の月周回軌道
  • リレー衛星:高度100km×2400km軌道傾斜角90度の月周回楕円軌道
  • VRAD衛星:高度100km×800km軌道傾斜角90度の月周回楕円軌道
姿勢制御方式 3軸姿勢制御方式
リレー衛星及びVRAD衛星は、スピン安定方式

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かぐや運用経過(注:リンクはJAXA該当ページにしています。弊社サイトとは異なります)

日程 時間 主なイベント
2007年
9月14日
10時31分
11時44分
18時52分
打上げ
太陽電池パドル展開(JAXA)
ハイゲインアンテナ展開(JAXA)
9月15日 9月15日 軌道投入誤差マヌーバ(ΔVc1)(JAXA:PDFファイル)
9月16日 9月16日 軌道制御誤差修正マヌーバ(ΔVa1)(JAXA:PDFファイル)
9月19日 9時52分 周期調整マヌーバ(ΔVp1)(JAXA:PDFファイル)
9月20日 4時59分 周期誤差修正マヌーバ(ΔVc2)(JAXA:PDFファイル)
9月29日 11時58分 周期調整マヌーバ(ΔVp2)(JAXA:PDFファイル)
10月4日 6時20分 月周回軌道投入マヌーバ(LOI1)遠月点11,741kmへの投入(JAXA:PDFファイル)
10月6日 8時1分 月周回軌道変更マヌーバ(LOI2)遠月点5,694kmへの投入(JAXA:PDFファイル)
10月7日 7時40分 月周回軌道変更マヌーバ(LOI3)遠月点2,399kmへの投入(JAXA:PDFファイル)
10月9日 9時36分 リレー衛星分離(JAXA:PDFファイル)
10月10日 9時24分 月周回軌道変更マヌーバ(LOI4)遠月点795kmへの投入(JAXA:PDFファイル)
10月12日 13時28分 VRAD衛星分離 リレー衛星の愛称はおきな(OKINA)、VRAD衛星の愛称はおうな(OUNA) と命名(JAXA:PDFファイル)
10月14-18日 月周回軌道変更マヌーバ(LOI5、LOI6)実施遠月123km近月点80km投入(JAXA:PDFファイル)
10月28-31日 LMAGマスト(月磁場観測装置)、LRSアンテナ(月レーダサウンダー)、UPI(プラズマ観測装置)を展開・伸展 (JAXA:PDFファイル)
~12月中旬 初期機能確認フェーズにて、定常運用に向けて搭載機器の機能確認(JAXA)
12月21日 初期チェックアウト終了定常運用の開始
2008年11月1日 後期運用へ移行
2009年
6月11日
午前3時25分 月面に落下

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近年の月探査衛星

計画名or(探査機名) 国/機関 活躍期間
ルナー・プロスペクター 米国/NASA 1998年1月~1999年7月 無人探査機
ルナー・リコネッサンス・オービタ-等 米国/NASA 2008年~2016年 ロボット探査・基地建設
2018年~ 有人探査
スマート‐1
SMART-1
欧州/ESA 2003年9月~2006年9月3日
月周回軌道からの探査
チャンドラヤーン1号 インド 2008年
4,5年後に2号の直接探査計画有り
嫦娥1号
(チャンゲ1号)
中国/中国国家航天局 2007年~
2号の計画有り
セレーネ
SELENE
日本/JAXA 2007年~2009年
月周回軌道からの探査