DARPAは衛星の飛行限界を押し広げたい

昨年秋、DARPA は、宇宙の低高度で衛星を運用し続けるための新しい方法を模索していると発表した。国防高等研究計画局は、青空技術を研究し、新しいツールを可能にするイノベーションを生み出すために存在している。10 月に発表されたプロジェクト Daedalus は、地球の青空を越えて、しかしそれより遠くまでは衛星を管理する方法である。このプログラム募集は、軌道上でできることを拡大するために DARPA が取り組みたいと考えている技術課題の魅力的な描写である。

DARPA は、超低軌道 (VLEO) を高度 450 km (約 280 マイル) 未満の軌道と定義しています。これに対し、低軌道は高度 2,000 km (1,200 マイル) です。DARPA によると、超低軌道の利点には、「光学画像の空間解像度の向上、レーダーおよびライダー システムの信号対雑音比の向上、地理空間位置の精度の向上」などがあります。これらにより、衛星に搭載されたカメラやその他のセンサーは、地球の活動をよりよく観察し、その観察結果をより迅速かつ正確に伝達できるようになります。

さらに、DARPA は、衛星を VLEO に打ち上げる方が安価で簡単だと述べ、「打ち上げロケットの投入能力が向上し、質量、容積、コストが節約される」と指摘している。それらすべてよりもさらに重要なのは、VLEO は地球に非常に近く、他の衛星から非常に遠いため、低高度の衛星は放射線防護をあまり必要とせず、軌道上のほとんどのデブリの進路から外れていることである。

また、この発表では、「より高い軌道に比べて、機関間宇宙デブリ調整委員会のガイドラインの遵守負担が軽減される」とも述べられているが、これはおそらく、非常に低い軌道では、衛星が一般的に交通量の多い軌道レーンから遠ざかるためであると考えられる。

戦争と平和における残骸

軌道上のゴミは、衛星、特に軍事用衛星にとって複雑な問題です。宇宙は広大ですが、軌道は広大ではなく、軌道の有用な部分には人工物がどんどん埋もれています。

これらの物体の中には、純粋に科学的な目的のために、彼方の星々に向けられたものもありますが、多くは地上の目的を果たすために作られています。通信衛星、監視衛星、さらには地上の気象を記録するために使用される観測衛星も、宇宙で銃撃戦が勃発した場合の潜在的な標的です。米国、ロシア、中国、インドなどの国が実証した対衛星ミサイルは、その能力が広範囲に及ぶことを証明しています。

ミサイルで衛星を破壊すると、ミサイルの残骸から衛星の残骸に至るまで、破片が発生し、この破片は軌道上に残ります。2021年11月、ロシアは自国のコスモス衛星を破壊し、破片が軌道上に散乱し、その一部は今も残っています。

戦争による破壊の脅威がなくても、既存の破片が衛星に衝突すると、新たな破片が生まれ、軌道上のすべての物体がさらに危険にさらされる可能性があります。衝突により破片は複数の方向に移動する可能性があるため、これらの衝突のリスクは軌道上に新しい物体が投入されるたびに増加し、より遠い軌道やより近い軌道にある衛星も危険にさらされる可能性があります。

熱圏近くを飛行

軌道空間には摩擦があり、特に衛星が大気圏に近づくほどその傾向が強くなります。低軌道の衛星は大気圏に縛られたガス粒子が太陽の周期に合わせて膨張と収縮を繰り返すため、大気抵抗を受けます。これにより衛星の摩擦が増大し、搭載エンジンによる軌道修正か、衛星が大気圏に再突入するまで軌道を低下させる必要があります。熱圏、つまり高度約 90 km (56 マイル) から始まる領域は、「地球上空 500 ～ 1,000 km (311 ～ 621 マイル) まで」広がり、その範囲は変動します。

超低軌道はすべて熱圏内にあります。そのため、超低軌道に衛星を維持するという課題は独特であり、DARPA がこれらの課題を克服するためのプログラムに注力する理由を示唆しています。これらの課題には、大気抵抗と空気抵抗、宇宙天気、低軌道より低い位置にあるにもかかわらず宇宙船のバッテリーを充電すること、さらには原子酸素浸食、つまり大気圏下層で一般的な O2 が熱圏内で単一原子酸素に置き換わる現象が含まれます。原子酸素は化学結合を切断する可能性があり、これは化合物から作られている衛星にとって問題です。

DARPA は Daedelus で、こうした特有の危険にもかかわらず、長期にわたる超低軌道での運用を持続的に行える新しい技術を実証しようとしました。このプログラムが成功すれば、衛星インフラストラクチャの新しい層が実現し、下界に向けて狭い範囲にセンサーを向けることができるようになります。

ダイダロス計画自体は機密事項であり、入札書には、請負業者は施設のセキュリティ許可とプロジェクトに従事する人員の機密許可を取得する必要があると記載されている。この計画の名前はギリシャ神話のイカロスに由来している。イカロスは蝋の翼で太陽に近づきすぎたため、制御不能な降下により死亡した。イカロスのより慎重な父親であるダイダロスはより低く飛び、生き残った。