スペースX、そして月に行く他の誰もがスターシップの次の打ち上げの準備から学べること

4月20日、史上最強のロケットがテキサス州ボカチカの発射台に打ち上げられ、ステンレススチールの外皮が太陽の光を浴びて輝いていた。その直後、ロケットと発射台は燃える残骸となった。これはスペースXスターシップの初の悲惨な軌道試験打ち上げだった。

打ち上げから数秒後、ロケットの猛烈な推進力はスペースXのテキサス・スターベース施設のコンクリートの台を粉砕し、破片は6マイル離れたポート・イザベル市まで飛び散った。ロケットは炎上し、打ち上げから4分も経たないうちに空を転がり始め、その後爆発した。

連邦航空局は爆発の調査を待つ間、スターシップの飛行を中止したが、同ロケットはすぐに再飛行する可能性がある。9月8日、FAAはスターシップを軌道に乗せる2度目の試みの前にスペースXが講じる必要がある63の是正措置を挙げ、調査を終了した。

「FAA はすべての商業打ち上げの承認権限を持っており、企業に打ち上げライセンスを付与するのは彼らです」と、宇宙政策の専門家で、米国空軍高等航空宇宙学校の講師であるウェンディ・ホイットマン・コブ氏は言う。「何かが爆発したときはいつでも、彼らはその理由を知りたがります。なぜなら、打ち上げが安全であるだけでなく、地上の誰にも危害が及ばないことを確かめたいからです。」

スペースXは、同社が63の是正措置を無事完了したことをFAAに証明し、修正打ち上げライセンスを申請する必要がある。「ライセンスが付与されれば、理論上はいつでも打ち上げられる」とホイットマン・コブ氏は言う。FAAもスペースXも、その修正措置が何であるかを公表していない。しかし、その措置はおそらく4月の打ち上げの失敗に対処するものと思われる。

スターシップの成功には多くのことがかかっている。これは、スペースXの打ち上げとスターリンク衛星事業の拡大の鍵となる。NASAは、アルテミス3号ミッションの月着陸船として改良されたスターシップを使い、2025年に人類を再び月に送り込む計画だ。スペースXが問題を解決できれば（ホイットマン・コブ氏や他の専門家はそれが可能だと考えている）、同社はロケット計画とNASAの月面計画を再び軌道に乗せることができるかもしれない。この調査は、将来宇宙飛行士が月を往復するのに役立つ発射台の建設に関する洞察も提供するかもしれない。

打ち上げ失敗

スターシップは、まだ軌道に乗っていないにもかかわらず、史上最強のロケットという称号を保持している。この称号はソ連のN1ロケットから奪ったものだ。ソ連の宇宙飛行士を月まで運ぶために作られたN1の第1段は、1,020万ポンドの推力を生み出した。スターシップは「スタック」に2段あり、第1段のスーパーヘビーブースターだけで1,670万ポンドの推力を生み出す。

この記録破りのパワーが、スペースXがスターシップを火炎溝などの設備のないコンクリートの発射台から打ち上げることを選択した理由だ。これらの溝は、ロケットの噴煙を発射台とロケット自体から逸らすために設計されている。スペースXは、ロケットエンジンの熱と音響衝撃波を緩和するために、発射台を水浸しにする放水システムを使用することもできたはずだ。

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「通常、発射環境での煙の積極的な緩和をより良く設計しなければ、それほどの推力でロケットを打ち上げることは決してありません。煙の熱と動的力が物質を破壊し、噴出物を作り出すことを懸念しているからです」と、セントラルフロリダ大学の物理学者フィリップ・メッツガーは言う。「もし噴出物がロケットに衝突し、ロケットがまだタワーの近くにある間に爆発した場合、多くのインフラが破壊され、再建に非常に長い時間がかかった可能性があります。」

結局、4月の打ち上げで発射台は吹き飛ばされ、「家ほどの深さ」のクレーターが掘られたと彼は言う。

月の教訓

メッツガー氏はスターシップの打ち上げを研究しており、現在はその結果についての論文を執筆中だ。彼は何がうまくいかなかったのかを理解したい。なぜなら、失敗の経緯は将来のロケットや月や他の天体の着陸台の設計にとって重要だからだ。

月面着陸パッドのコンセプトのほとんどは、単に平らなコンクリートを使用するものです。「火炎誘導装置も、火炎溝も、水もありません」とメッツガー氏は言います。「物理学を解く純粋に楽しいという理由と、月面着陸パッドについて何がわかるかという理由から、私はこれを真剣に取り組むことにしました。」

彼が発見したのは、ボカチカ基地のコンクリートの塊が時速 200 マイル以上の速さで吹き飛ばされていたということだ。メタンと液体酸素を燃焼するスターシップのラプター エンジンによって生成された熱水蒸気と二酸化炭素の雲が砂を空高く持ち上げ、ポート イザベルまで運んだ。メトグザー氏は、このプロセスは噴火前の火山内で圧力が高まる過程に似ているに違いないと考えた。

「私たちが思いついた唯一の説明は、着陸パッドが割れて、その高圧の推力によってガスが割れ目から押し出されたということだ」と彼は言う。これによりパッドの下の圧力が高まり、ついには噴火した。月面着陸パッドは、ガスを逃がすための通気口を追加するか、破損に強いより頑丈なパッドを建設するなどして、この問題を回避するように設計する必要があると彼は言う。

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月面では資源、機械、大気が不足しているため、大規模な建設は困難だろう。しかし地球上では、SpaceX が解決策を持っているかもしれない。ロケット打ち上げ中に鋼板が溶けないように、鋼板を水で積極的に冷却するのだ。

「それは本当に素晴らしいアイデアです」とメッツガー氏は言う。「彼らのエンジニアがそれを正しく実行すれば、問題は完全に解決されるはずです。」

次期スターシップが空中で爆発するのを防ぐため、スペースXは、漏れた燃料がスーパーヘビーブースター内で発火したことを発見したと発表。同社のウェブサイトの更新によると、その結果生じた火災によりブースターは飛行を誘導するコンピューターから切り離され、ロケットは回転し、その後爆発した。同社は「将来のエンジンベイ火災を軽減するために、スーパーヘビーの既存の消火システムを大幅に拡張した」と述べている。

次の動き

FAAもSpaceXも、両社がプロセスのどこにいるのかは明らかにしていないが、SpaceXの創業者イーロン・マスク氏は、同社が修正作業を完了したことを示唆し、FAAの発表前の9月5日に「スターシップは打ち上げ準備が整っており、FAAのライセンス承認を待っている」とツイートした。

もしボールが本当にFAAの手に委ねられており、規制当局が単にSpaceXの作業を確認しているだけなら、「数週間以上はかからないと思います」とホイットマン・コブス氏は言う。「それが私の最善の推測です」。もしそうだとすれば、SpaceXとFAAは、Starshipを次の打ち上げに備えるために並外れたスピードで動いたと彼女は指摘する。ホイットマン・コブス氏はSpaceXと競合のBlue Originを比較した。Blue OriginのNew Shepardロケットは、2022年9月12日の打ち上げ失敗から1年以上も地上に留まっている。Blue Originは「まだFAAの調査モードにあり、打ち上げることができていません」と彼女は言う。「彼らはまだ修正打ち上げライセンスを申請していません。」

しかし、スターシップとその発射台を急いで作り直しても、次の打ち上げが完璧に成功する保証はない。しかし、ホイットマン・コブ氏は、スペースXはNASAや他のロケットメーカーよりも、新しい宇宙船をテストし、失敗を見て、迅速に変更を加えることに積極的だと指摘する。例えば、2020年12月の高高度テスト中に、8番目のスターシップのプロトタイプが炎上して破壊されたが、同社は打ち上げを続けた。

「過去数年間、スペースXが成功し、批判者たちの誤りを証明してきたことを考えると、同社がこれを成功させられないと信じる証拠はない」と彼女は言う。

メッツガー氏はまた、スターシップの再飛行準備の責任者はウィリアム・ガーステンマイヤー氏だと指摘する。同氏は2020年にスペースXに入社する前、NASAの有人探査・運用担当副長官を務めていた。「ガーステンマイヤー氏は宇宙コミュニティの伝説的人物です」とメッツガー氏は言う。「このプロジェクトは本当に良い手に委ねられています。この種のプロジェクトを管理するのにビル・ガーステンマイヤー以上に適任の人物がこの世にいるかどうか、私にはわかりません」