この小さな先駆的な衛星は、大きな月面ミッションに挑戦している

すべてが順調に進めば、数年後にはNASAの宇宙飛行士がオリオンカプセルに乗って月へ向かうことになる。オリオンカプセルは8.5トンのシェルターで、大きな部屋を埋め尽くす。しかし、大きさの対極には、オフィスのデスクにきちんと収まるサイズの宇宙船がある。しかし、多くの点で月探査の目標にとって、これも同様に重要だ。

その宇宙船は、地球周回自律測位システム技術運用および航法実験、略してキャップストーンです。6月下旬に月に向けて打ち上げられ、このクラスとしては初の月探査衛星となる可能性があります。そして、この宇宙船は、将来の、おそらくより輝かしいミッションの計画に続くテスト走行に入っています。キャップストーンは、NASAがそう遠くない将来に月を周回する通信ハブを構築するのに役立つかもしれません。

キューブサットの仲間

CAPSTONE はその大きさにもかかわらず、いくつかの理由で注目に値しますが、その多くは衛星のクラスが CubeSat であることに関係しています。

キューブサットは、まさに立方体です。一般的な基本モデルは、一辺が約 4 インチで、重量は 4.5 ポンド以下です。手で持つこともできますし、ほとんどが既製の部品を使用しているため、手作りすることもできます。積み重ねて、より大きな衛星にすることもできます。CAPSTONE は 12 個のキューブサットを組み合わせていますが、これはこれまでで最大のもの (16 個を使用) には及びません。

1998年から2022年6月初旬までに、1,862機のキューブサットが打ち上げられており、その数は2028年までに2倍以上に増える見込みだ。キューブサットは低コストであるため、アマチュア、大学のグループ、新興企業、小さな発展途上国、そしてSpaceXや世界の大手宇宙機関のようなリソースを持たない人々にとっても手の届くものとなっている。

しかし、キューブサットは低コストのため、他のミッションにも魅力的だ。2019年、NASAは民間企業のアドバンスト・スペース社と契約し、キャップストーンを1,370万ドルで建造した。（比較すると、最も基本的な大型月探査機でも、1桁以上コストがかかる可能性がある。）アドバンスト・スペース社は、探査機を安価かつ迅速に宇宙に打ち上げるため、キューブサットを使うことを選択した。

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CubeSat の大部分は地球の軌道上にあり、その先へ進んだのはほんのわずかです。2018 年には、NASA の火星探査機 InSight とともに 2 機が火星に到着しました。CAPSTONE の目的地である月軌道へ行ったものはまったくありません。

「これまで、月面キューブサットは存在しなかった」と、CAPSTONEには関与していないアリゾナ大学のエンジニア、ジェカン・タンガ氏は言う。「CAPSTONEは、その点では実は初めてのものになるだろう。」

他のキューブサットもアルテミス1号の無人試験飛行に同行している。打ち上げ時期次第では（現時点では8月以降に予定されている）、キャップストーンより先に月に到達するかもしれない。

CAPSTONEの2つの使命

キャップストーンは、主に小型衛星を地球周回軌道に打ち上げる民間宇宙企業ロケットラボが製造したエレクトロンロケットでニュージーランドのマヒア半島から打ち上げられる。キャップストーンはエレクトロンにとって月を目指す初の試みとなる。「これは前例にもなります」とタンガ氏は言う。

11 月初旬、3 か月半の航海を終えて、CAPSTONE は、近直線ハロー軌道 (NRHO) と呼ばれる、月の周りを回る非常に長いループに突入します。この軌道は、一方の極から 1,000 マイル上空、もう一方の極から 43,500 マイル上空まで変動します。NRHO に入るのは、単なる面白い好奇心ではありません。CAPSTONE は、アルテミス計画の一環として計画されている月周回宇宙ステーション、将来の Lunar Gateway のためにこの軌道をテストします。

「計算が正しいかどうかは実際には不確実性がない」とチーサム氏は言うが、キャップストーンは宇宙船のオペレーターにその軌道に入るための練習の機会を与えることになる。

月を周回している間、CAPSTONE は別のことを試みる。地球の地上管制局と連絡を取らずに宇宙船と通信するのだ。CAPSTONE の搭載コンピューターは、2009 年から月面の地図を作成している NASA の初期の宇宙船である Lunar Reconnaissance Orbiter とリンクし、両方の宇宙船の位置を計算しようとする。地球から月への通信は、光速であっても 1 秒以上かかるため、現地の衛星とチャットできることは便利な機能である。

タンガ氏によると、将来のキューブサットは、その能力をより永続的にすることができるかもしれない。例えば、現在地球の手が届かない月の裏側との通信が容易になる。昨年、中国の着陸機「嫦娥4号」が月の裏側に着陸した際、地球とのメッセージの中継に別の衛星が必要だった。

月の衛星同士が通信すれば、衝突を回避しやすくなるし、あらゆるニーズに対して地球の地上管制局に連絡を取る必要もなくなる。「地上との連絡を優先したい」とチーサム氏は語り、日常的な位置確認を省いて重要な運用データの送信に注力する。

コミュニケーションこそが王様

おそらく世界の注目は、有人宇宙飛行のアルテミス計画に集まるだろう。最初の打ち上げは2024年に予定されているが、実際に打ち上げられるのがいつになるかはわからない。しかし、キャップストーンのような小規模なミッションは、そうした宇宙飛行士たちのための基礎（いわば宇宙での作業）を築くために必要だ。

さらなる月面ミッションが計画されており、早ければ今年末にも打ち上げられる可能性がある。NASAは数社の企業に、月面着陸船の艦隊を建造するよう依頼した。月面着陸船には、地下水、月面の組成、磁場の強さなどを測定する科学実験装置が搭載されており、将来の月面生活の可能性をテストすることになる。

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アルテミス計画の飛行や月への宇宙飛行士の数がますます増えるにつれ、彼らは月面の宇宙飛行士のための通信センターや配送ハブとして機能する月ゲートウェイのようなインフラに頼るようになる。この計画は批判に直面しており、月着陸をゲートウェイ経由で行うことで、ミッションに必要なエネルギーや燃料がさらに増えるのではないかと指摘する評論家もいる。

しかし、ゲートウェイは始まりに過ぎない。アルテミス計画の背後にいる宇宙機関とそのパートナーは、月面鉱山から月面衛星ナビゲーション、月面原子力発電所まであらゆるものを計画している。

「月への交通量は今後さらに増えるだろうと感じています」とタンガ氏は言う。「それにはゲートウェイのようなシステムを含め、さらに多くのインフラが必要です。」

訂正（2022年6月24日）： CAPSTONEの打ち上げ場所がチェサピーク湾からニュージーランドのマヘアに変更されました。また、エレクトロンロケットの背後にある会社はRocket Labであり、Rocket Labsではありません。