要約:
SF 映画やゲームでよく見られる宇宙港のシーンは、今後 20 年以内に徐々に現実になるかもしれません。アメリカ航空宇宙局（NASA）は月宇宙ステーション「ゲートウェイ」の建設を計画している。それは、月を周回する人類初の宇宙ステーションとなるだけでなく、有人宇宙船、貨物宇宙船、月着陸船の組み立て、ドッキング、輸送サービスを提供する「月宇宙空港」のような役割を果たす可能性がある。
テキサス A&M 大学、NASA ジョンソン宇宙センター、パデュー大学の研究チームは最近、将来複数の宇宙船が同時に宇宙ステーションに接近する際の混乱や衝突のリスクを回避することを目的として、相対軌道維持アルゴリズムと軌道上待機ルールを含むゲートウェイ宇宙ステーションの宇宙船交通管理計画を提案しました。
NASA の現在の計画によると、ゲートウェイは早ければ 2027 年に打ち上げられる予定です。この宇宙ステーションは「アルテミス」月面着陸計画の役割を果たし、オリオン有人宇宙船、貨物宇宙船、月着陸船の重要な拠点となります。以前、NASAはゲートウェイが高出力太陽光発電推進システムを使用することを明らかにしており、スペースXもプロジェクトの物資を輸送する関連契約を獲得している。
ゲートウェイは、「近直線ハロー軌道」(NRHO) と呼ばれる特別な軌道で動作します。これは、月の周りを回る細長いほぼ卵型の軌道です。宇宙ステーションは、月の北極の上空約 1,000 マイルを通過し、その後、月の南極を約 40,000 マイル超えた領域まで広がります。この軌道は地球との継続的な通信を維持しており、軌道維持推進剤の使用量も比較的少ないため、月宇宙ステーションの長期運用に適していると考えられている。
しかし、地球と月の重力の影響もこの環境を複雑にしています。地上空港とは異なり、到着した航空機は単に近くに「駐機」して空きバースを待つことはできません。すべての宇宙船は継続的に高速移動しており、ドッキングウィンドウを待っている宇宙船は、ゲートウェイの周囲に数時間、数日、場合によっては数週間滞在する必要がある場合があります。
この問題を解決するために、研究チームは数千回のシミュレーションを実施し、航行エラー、スラスター噴射の逸脱、その他の外乱が存在する場合に複数の航空機がどのようにして安全に軌道を共有できるかをテストしました。研究で提案された中心的な解決策は、事前に計算された位置に従ってゲートウェイの前または後ろに待機宇宙船を配置し、「真珠の列」に似たフォーメーションを形成することです。
研究者らは、訪問する各航空機が独立して独自の軌道を維持することを許可しませんでしたが、相対軌道維持アルゴリズムを使用して、ゲートウェイを空間基準として使用してその位置を継続的に調整しました。その結果、軌道修正をより頻繁に、より小規模に行うことで、追加の燃料消費量を限定しながら、航空機をより緊密で予測可能な編隊に保つことができることがわかりました。このアプローチは、宇宙船が互いに接近したり衝突したりするリスクを軽減するのに役立ちます。
関連する結果は、Acta Astronautica 誌に掲載されています。研究チームは、これらの計画はまだ強制的な宇宙交通規制ではなく、将来の月宇宙船の到着、出発、軌道上での待機のための一連の技術的枠組みであると指摘した。 NASA は現在、ドッキング、ランデブー、通信、ロボット システムを含むゲートウェイの相互運用性標準を開発しています。この研究は、ドッキング ポートがまだ空いていないときに訪問宇宙船はどこでどのように待機すべきかという、同様に重要な質問にさらに答えます。
NASA のビジョンには当面、手荷物メリーゴーランド、免税店、座席の争奪はありませんが、ゲートウェイが要求する交通スケジュールのメカニズムは、人間がより高頻度でより複雑な深宇宙航行のための基本的なルールを確立し始めていることを意味します。月探査活動が増加するにつれ、この月宇宙ステーションは、将来、人類が月面輸送の正常化に向けて進む重要な結節点となる可能性があります。
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