韓国型発射体KSLV-Ⅱと月探査船はどこまで出来ているか

 

 

 

 

 

［宇宙のミーナ］韓国は韓国型ロケット（韓国型発射体（KSLV-Ⅱ）の開発と月の軌道船、探査機打ち上げなどを通じて、世界7大宇宙強国に飛躍する準備をしているところだ。

 

韓国航空宇宙研究院は、月探査技術の能力強化と自力基盤確保のために550㎏級の「試験月軌道船「（KPLO・Korea Pathfinder Lunar Orbiter）」を開発・発射した後、2020年までに月着陸船を進水させる壮大な計画を立てた。

 

 

ここで核心的に必要なのがまさに深宇宙通信とナビゲーション技術である。航宇研は、これまで地球軌道衛星を開発・運用した経験に基づいて、独自の深宇宙通信・航法技術を構築するという腹案だ。もちろん、当面の目標は月であるが、研究者の視線は、すでにそれを超えて深宇宙に向かっている。 

 

 

◆宇宙探査の目と耳、深宇宙通信 
地球から200万㎞以上の距離を通常「深宇宙」（Deep Space）という。地球から月までの距離は約38万㎞だ。静止軌道衛星（3万6000㎞）までと比較すると10倍以上にも及ぶほど月までの軌道船や着陸船の送信時も深宇宙に必要な技術が適用される。このため、月探査にも、事前的な意味で深宇宙通信やナビゲーションの前哨基地の役割をする。

航宇研の月探査事業団月探査システムチームの某博士は月探査を置いて、「火星や小惑星などの宇宙に行く第一歩」と説明してこう説明した。

「厳密に言えば、200万㎞以上を深宇宙と言うようですが、月探査でも深宇宙でと同じように機能と役割をする装置やシステムが必要です。月探査を通じて技術力を確保し、どの程度のレベルなのか見計らってみるんです。通信でも当然、既存の衛星通信と他の深宇宙技術と設備、システムが求められます。 "

深宇宙通信のためには、まず軌道船や着陸船と交信することができる地上局が必要である。アンテナだけでなく、高強度の受信機との強力な送信機などが遠い距離と電波信号を介して情報を送受信するために活用される。

基本的に電波を利用して、地球との通信をするという点では、既存の衛星通信と大きく変わらないが、深宇宙の着陸船を追跡することは、地球の軌道を回る衛星の比ではないとされている。それだけかなり異なっている。
 
何よりも深宇宙探査機は、地球上でどの位置にあっても、24時間観測と交信することができなければならない。だから、ほとんどの深宇宙通信用施設である（DSN Deep Space Network・ディープスペースネットワーク）は、3ヶ所の地上局を設置して運営する。米国のDSNは、本土のゴールドスタイン、スペインマドリッド、オーストラリアキャンベラにある。これらの三ヶ所は120度の間隔で位置し、地球が自転しても、少なくとも一つのアンテナは、プローブを観測して交信することができる。ヨーロッパとロシア、日本、中国も米DSNと同様の設備を構築している。

 

別の某博士の説明を聞いてみよう。

「当然地上局アンテナのサイズも大きくしますよ。通常深宇宙通信といえば、直径34m級のアンテナを達します。地上局に劣らず搭載体のアンテナ性能も重要です。特に軌道船や着陸船の姿勢と位置が変わっても、常に地球に向かういわゆる「指向性のあるアンテナ」が必要ですね。

結局、深宇宙通信のためには、地上では、34m級やこれに準ずる高性能アンテナが搭載体は指向性のあるアンテナがそれぞれ構築する必要があります。 "

深宇宙通信では、別の周波数帯域を使う。主に衛星通信に使われるS周波数帯（2000〜4000㎒）と宇宙探査に使われるX周波数帯（6200〜1万9000㎒）のうち、一部の周波数帯域を選んで深宇宙通信用に活用する。 
  
◆宇宙探査のナビゲーション深宇宙航法
月探査のためには、これらの深宇宙通信とナビゲーション技術が非常に重要である。すべての衛星は、ナビゲーションシステムを備えている。道路でのナビゲーションを使用しての道を訪ねるように、衛星もナビゲーションシステムを介して目標を見つけていく。ところが、地球の軌道を外れるとGPS（衛星航法装置）を使用することができない。だから、地上と衛星に搭載されたそれぞれのアンテナの交信に送受信された情報を使用して、現在の位置がどこにあるか、どのくらいの速度で行っているのか、どの方向に飛んでいるかどうかを正確に把握して制御することが深宇宙の運行である。 

実際、2004年にＮＡＳＡが送信火星移動探査ローバー（探査車）」スピリット」は、当初着陸予定地からわずか9.6㎞ほど離れた地点に着地した。地球から火星までの距離が約4億8700万㎞に達するという事実を考慮すると、目標地点から大きく逸脱することなく着陸したわけだ。この距離を飛行中の地面のDSNがプローブを正確に誘導したからである。航宇研月探査事業団月探査ミッションチームのソンヨンジュ博士は深宇宙の運行を「宇宙探査船のナビゲーション」と表現し、そう付け加えた。  
 
深宇宙の運行は地上局の観測データ取得と着陸船ブの軌道決定・予測、軌道の計算、およびコマンドなどの3つのステップを経て実行される。深宇宙の運行のための観測データは、地上局から追跡した資料を活用する。主に活用されている観測データは、探査機までの距離（Range）との距離、時間による変化値であるドップラー（Doppler）である。深宇宙の運行では、地球の衛星軌道とは異なり、十分な観測データの確保が難しいため、その精度に大きく依存するしかない。

また、プローブの軌道決定と軌道計算コマンドは、深宇宙動力学との観測モデルは、推定過程などを介して行わが、宇宙で発生する多数の摂動（攝動・Perturbation）要因を総合して行われます。つまり、地球と月の重力、太陽と太陽系の惑星の重力、地球の大気抗力、太陽放射、対流層と電離層の電波遅延などのプローブが正常な軌道を残している摂動現象のすべての要因を精密に実装して計算することになる。

 

ソン博士はこう説明する。 「宇宙を飛行中に発射体も同じだが、衛星や探査機でも予想していなかった多くの状況が発生することになります。たとえば、一定の時間に合わせて電源を入れ直しとコマンドを送ったが、未知の理由で動作していない状況も行われるようになるんですよ。このようないくつかの要因が、最初に影響はないが、図の時間が経つにつれてますます誤差が大きく発生する可能性があります。このようなことを防ぐために続けて信号をやりとりしながら、当初の計画どおりプローブの位置と姿勢が正しく取れているかどうか、いつ軌道修正をしてくれるかどうか、正確にシミュレーションをするのです。このような過程が深宇宙航法とすることができます。」 

 

 

韓国型月探査プロジェクトは大きく2段階に推進される。ステップ1は、2018年までに深宇宙通信用地上局を構築しKPLOを製作・発射することが目標だ。KPLOは月の100㎞上空で回転しながら表面の精密映像撮影と地形分析、着陸の着陸候補地調査などの任務を遂行する。続いて第2段階では、2020年までに月軌道船と着陸船の開発を終えてKSLV-Ⅱに乗せて自力発射する計画である。  

 

航宇研は低・静止軌道衛星の開発と運営の経験をもとに、月探査の基本的な能力を備えているとする。10基の衛星と、過去2013年1月に発射した「ナロ号」（KSLV-Ⅰ）の成功経験に基づいて、月探査に必要な先行技術の多くを既に確保したものである。特に深宇宙通信とナビゲーションなど月軌道船・探査機の運用に必要な地上局を構成する大型電波アンテナと地上管制システムなどは、低・静止軌道衛星管制システムの構築経験を通じて、70％近い水準に達しているということが、対内外的評価である。

現在深宇宙通信・ナビゲーションと関連航宇研は地上局の構築の準備に力を入れている。これに必要な先行技術は、すでに確保された状態であり、設計と送・受信装置の開発もほとんど国内技術で行われるようになる。軌道船やプローブに搭載される通信・航法装置もいくつかの部品を除いて、設計から製作まで、ほとんど独自の技術で開発することができる。

 

 

深宇宙地上局は、少なくとも発射1年前までの構築を完了しなければならない。国内に一箇所を設置して、残りの二箇所はＮＡＳＡなど海外地上局の支援を受ける予定である。

 

深宇宙通信はこのように地上局の設置が完了すると、実際の発射と運用まで継続性能試験との互換性チェックを行うことになる。深宇宙の運行も予備と詳細設計を経て、システムの構築を完了した後、持続して検証手順を踏むことになる。

 

「いつか欧州航空宇宙局（ESA）で働いていた深宇宙航法分野の大家が書いた論文を見たことがあるが、このように書いたのです。「振り返ってみると、かなり大変で面倒な日程だった。しかし、最終的に我々はそれをやった。」

地球の軌道を回る衛星から月までの距離を増やすべきとする努力は決して甘いことではありません。シミュレーションで宇宙で発生することができるかの軌道船やプローブに影響を与えることができるすべての変数に対して最適な答えがあります。誰も答えを教えてくれないんですよ。」 

 

月探査のための深宇宙通信とナビゲーションで解決しなければならない最も大きな課題は、最終的には「経験」である。これに必要な先行装置の開発技術は、ある程度備えているが、実際の私たちが自主的に地球の軌道を外れ月までの軌道船やプローブを送って運用してみた経験はない。最大限試行錯誤を削減しながら、可能な限り速い速度で宇宙先進国と肩を並べする国際協力、特にＮＡＳＡとの協力が不可欠である。

幸いなことに、そのための法的、制度的基盤は用意された。昨年2月に結んだ韓・米宇宙協力協定が同年11月に発効された。私たちとしては世界最高の宇宙技術大国である米国と本格的な協力を推進することになり、現在計画している開発プロジェクトに速度を出すことができるようになった。特に、2020年を目標にする無人月探査プロジェクトは軌道船の開発はもちろん、深宇宙通信・航法などの分野では、米国との協力が不可欠である。 

 

具体的な協力内容を見てみると、まず、私たちはKPLOに15㎏程度のＮＡＳＡ搭載体を置くことができるスペースを提供する。これ米国は月探査ミッションの設計とデータ処理システムの開発諮問をはじめとする地上局設計と運用、プローブの追跡と深宇宙の運行を支援してプローブと地球の通信技術を共同開発・活用する計画である。
 
ムン博士は「宇宙探査競争力の決定的な違いは、保有している技術に劣らずどのくらい、遠くプローブを送ってみ実際の運用した経験があるのかである。このような面で、米国は最も良好な協力パートナーだ」とし「今もＮＡＳＡと1週間に1回以上のビデオ通話などを通じて、深宇宙通信などのためのデータの互換性や共同サーバー構築作業を行っており、深宇宙地上局が構築されて互換性テストなどが行われるときは、より多くの会議や往来が行われるようになるだろう」と説明した。 

 

韓国の月探査の課題は、アジア圏の競争国と比較してやや下回った。日本はすでに2007年の探査衛星「セレーネ1号」を月軌道に定着させ、2010年と2014年には、小惑星探査機が正常に発射した。また、世界初の小惑星のサンプル採取に成功した。

インドは2008年に月軌道船「チャンドラヤーン1号」を発射したのに続き、2013年には探査船を正常に火星軌道に進入させた。これは世界で4番目の火星探査に記録された。中国も2007年と2010年の2回にわたり月軌道船を発射した後、2013年には、月の表面に着陸を成功に着陸させた。これ世界で3番目に月面着陸に成功した国に成長した。

しかし、がっかりする必要はない。出発は遅れ、より優れた技術力で競争国と肩を並べたり、最初から取っ回した経験が私たちには少なくない。宇宙開発と探査も同じことができる。月探査プロジェクトは、先進国やアジアの競争国に比べてやや遅れたの、私たちの宇宙探査技術を一段階跳躍させる足場になるものと思われる。

 

そして最終的な目標は、月ではない。月探査プロジェクトは発射体から深宇宙通信とナビゲーションまで、宇宙空間での活動領域を拡大するための重要な探査技術の確保を目指す。月探査に成功した後に火星と小惑星、深宇宙に我々の宇宙探査領域は拡大するだろう。私たちの発射体に私たちの月軌道船とプローブが載って宇宙に向かう日を待ちながら、航宇研深宇宙通信とナビゲーションの研究者は今日も汗を流している。

 

 

（翻訳とか/みそっち）

 

時々出てくる〝韓国型月探査計画〟の記事なんですが、どうにも進展が無さそうですね。　それでも韓国型発射体の燃焼実験はやっているみたいですからイイのかな

 

そんな計画も韓国型発射体の75ｔロケットに実射が来年ですよね、これは２段で構成されて２段目には7ｔロケットが載るんだそうです。まぁ飛び上がることだけが目的ですからどーでもイイんですが、この試験発射にはいくつか問題があって、ロケット本体が本番用よりも小さいですから燃料容器となる本体も別誂えで作るわけです。　すると韓国の発射基地の発射台はロシア風なんですよね。　本体を寝かせて狭い道を運んでその先で立てて発射するわけです。あの羅老号のときとおなじです。そこで問題なのが、発射台のアームなんですね。　たった1回だけの試験発射のためにあの斜めに持ち上がっていくアームを作らなきゃならないようです。

 

もちろんこの試験用韓国型発射体には一切のお荷物搭載能力はありません、それどころか大気圏の外に出るのもあやしいという評判ですよ。　

 

そのあとようやく75ｔロケットを4つ束ねて飛ばすのが３段式になるのです　これって大きさが違いすぎますよね。　発射台のアームは完全に別設計だし、道路も広げなきゃなりませんが、まだ手付かずなんですよ　　しかも予算が何だかまだ何も決まって無いみたいですよ。

 

さらにわかったことは、どうやら４つ束ねた韓国型ロケットは1.5ｔ級低軌道人工衛星打ち上げの用途で開発されているみたいで、月探査とは別みたいなのです。

 

４つ束ねても月探査とは別かもしれないのです。　その月探査も試験月軌道船のほうは実物製作が全く進んでいないところにきてそれを打ち上げてくれる業者さえ入札に誰も応じてくれないのですね。　そして試験軌道船のリアクションホイールといえば姿勢制御の要ですが、それを英語で提案書の要求をしてるってことは丸投げ満々じゃないですか。

そういうわけで、国内向けには昨年暮れにＮＡＳＡと協力に調印ってことですが、それはアンテナの受信について便宜を図ってもらえるというだけですし、ＮＡＳＡと韓国型発射体には全く技術供与も無いし、試験用月軌道船についてもアメリカの某地方大学のカメラを積むということをＮＡＳＡが募集と仲介しただけで、ＮＡＳＡとは関係ないのです。

 

韓国型発射体の試験発射は来年10月、試験用月軌道船打ち上げは来年12月です。

まったく別のハナシですからきちんと分けて思い出すようにしましょう。