ざっくり分かる宇宙探査入門

ENJOY SCIENCE
アポロからはやぶさまで。ざっくり分かる宇宙探査入門
2021/5/2
KOJI FUKUOKA

本シリーズ共通の趣旨：３つの謎への探求をカジュアルに楽しむ
COPYRIGHT@ KOJI FUKUOKA
2
生命とは？
宇宙とは？
知能とは？
宇宙物理学
宇宙生物学
分子生物学
合成生物学
神経科学
コンピュータ科学
物理学
生物学
化学
生理学
数学
解きたい謎関連する学問テーマ学問テーマの大分類
今回の
テーマ

資料の構成
• 宇宙探査の基礎
• ロケットの構造
• 宇宙の地理
• 地球を脱出する速度
• 世界の宇宙探査歴史
• 冷戦とアポロ計画
• 協調の時代へ
• 新たな参入
• 日本の探査歴史（はやぶさ中心）
※QAは都度チャットでお願いします
3
【自己紹介】
IT企業でAIなど新技術を活用した事業開発。
元々宇宙物理研究を志し、今は１科学愛好家。

宇宙探査の基礎：ロケットの構造
ソ連の学者が20世紀初頭にロケットの理論的基礎を確立し、欧米を中心に改良を重ねて今のロケットが確立されています
固体燃料ロケット
液体燃料ロケット
Wikipedia
「地球は人類のゆりかごである。しかし人類はゆりかごに
いつまでも留まっていないだろう
コンスタンチン・
ツィオルコフスキー
(1857-1935)
ツィオルコフスキーの公式
「噴射ガスの速度が大きく、
ロケット点火時と燃焼終了
時の質量比が大きい程、よ
り大きな速度を得られる」
化学ロケット種類(ほかに電気・原子力ロケットも)
4

宇宙探査の基礎：探査の種類
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フライバイオービタ着陸探査サンプルリターン
有
人
探
査
往復の飛行
速度獲得を目的
とするときは「スイ
ングバイ」と呼称
http://www.aero.or.jp/web-koku-to-bunka/utyu-yusou/kawaguchi.htm

宇宙探査の基礎：代表的な速度と地理
地表から水平に打ち出された砲弾は重力に引かれて地表に落下する (A)。
射出速度を上げても第一宇宙速度未満ならいつかは地表に落下する (B)。
第一宇宙速度で打ち出された場合は人工衛星となる (C)。
それ以上の速度では楕円を描き?(D)、
第二宇宙速度以上の場合は地球の重力を振り切る (E)。
（ただし大気の抵抗による影響などは考慮していない）
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カイパーベルト
周辺惑星の実際の距離感

宇宙探査の歴史
7

宇宙探査の歴史：全体像
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有人宇宙飛行の黎明期
（冷戦による開発競争）
高頻度飛行・長期滞在
能力の獲得
地球低軌道拠点での国
際協調とISS
民間と米国・ロシア以外の
参入
月面滞在と深宇宙への
探索

宇宙探査の歴史：ロケットの勃興期
群を抜いた性能を誇ったのは第二次世界大戦で開発されたドイツのV-2で、その成果を基に旧ソ連・米国が開発を推しすすめてきました。
二次世界大戦後に戦勝国に運ばれるV-2ロケット
〇「ロケットの科学」
Wikipedia
9
V-2開発の中心を担った
ヴェルナー・フォン・ブラウン
(1912-1977)
旧ソ連
セルゲイ・コロリョフ
R-7ミサイル
人類初の・・・
1.人工衛星
「スプートニク」
2.有人宇宙船
「ボストーク」
(ガガーリン)
米国
レッドストーンジュピターC
1.西洋初の人工衛星
「エクスプローラー」
2. 月を目指した
「サターンシリーズ」

宇宙探査の歴史：アポロ計画
米国は旧ソ連への脅威に対抗すべく、1960年代での月面着陸「アポロ計画」を立ち上げ、1969年に11号が目的を果たしました。
〇月面着陸から50年！アポロ計画の歴史と功績、捏造説の反証事例
https://sorabatake.jp/5761/
https://utyuu-tanosimu.net/entry125.html
Wikipedia
10
「まず私は、今後10年以内に人間を月に着
陸させ、安全に地球に帰還させるという目標
の達成に我が国民が取り組むべきと確信し
ています。この期間のこの宇宙プロジェクト以
上に、より強い印象を人類に残すものは存
在せず、長きにわたる宇宙探査史においてよ
り重要となるものも存在しないことでしょう。そ
して、このプロジェクト以上に完遂に困難を伴
い費用を要するものもないでしょう。」
1961年ケネディ大統領の国会演説
有人月探査への布石
無人有人
・レインジャー計画(1969-65)
-月に衝突。7号機以降で成功
・サーベイヤー計画(66-68)
-月面着陸検証。7回中5回成功
・ルナ・オービタ―計画(66-67)
-月面重力観測.成功
・X-15計画(1969-65)
-高度操縦技術実証
・マーキュリー計画(58-63)
-1人乗り（グレン/シェパード）
・ジェミニ計画(61-66)
-2人乗り
・アポロ計画(61-72)
-3人乗り
アポロ11号船長ニール・アームストロン
グと月着陸船(LM)操縦士エドウィン・
オルドリン
（＆待機していた司令船(CM)操縦
士マイケル・コリンズ）

宇宙探査の歴史：冷戦から協調へ１
米ソは軍事競争による消耗戦から脱するべく協調への道を歩み始め、象徴的なイベントとして宇宙でのドッキングも行いました。
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ソ連のブレジネフ共産党書記長（左）とアメ
リカのニクソン大統領（右）
両国の内政・外交問題を背景に緊張緩和
（デタント）へ
軍拡競争の緩和が宇宙開発にも影響
ソ連：ソユーズ19号(1975)
米国：アポロ18号(1975)
ドッキング
※最後の月面着陸(アポロ計画)は1972年の17号

宇宙探査の歴史：冷戦から協調へ２
宇宙ステーション構想の実現と再利用可能をコンセプトとした「スペースシャトル」が開発され、世界の注目を集めました。
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国際宇宙ステーション (ISS)
1984年にアメリカで構想されたフリーダム宇宙ステーション計画をベースに、ロ
シアのミール2（後のズヴェズダ）や新型宇宙ステーション（後のザーリャ）、ヨ
ーロッパ各国や日本で計画されていたモジュールを統合して、再設計された複
数モジュールからなる世界最大の宇宙ステーション
〇Wikipedia
スペースシャトル
NASA が再利用(低コスト・高頻度)をコン
セプトに開発した有人宇宙船。1981年か
ら2011年にかけて135回打ち上げ。
下図が飛行の概略。

宇宙探査の歴史：日本の有人宇宙活動の歩み
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宇宙探査の歴史：NASAの挫折と民間参入
ところが度重なる事故と当初想定のコスト低減が果たせず、スペースシャトルは引退となり、民間委託へ方針を転換しました。
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1986年チャレンジャー号爆発事故
（7名が犠牲）
→32か月スペースシャトル計画中断
1993年コロンビア号の空中分解
（7名が犠牲。上写真は原因となった
外部燃料タンク剥落の衝突部位）
→2年間スペースシャトル計画中断
NASAの組織文化への指摘も・・・
スペースシャトルへの当初期待値と現実
頻度：年間50回→年間6回
費用：数千万US$/回→12億US$/回
〇「ロケットの科学」
Wikipedia
イーロンマスクの
スペースX
ジェフベゾスの
ブルーオリジン
月に送り込んだ
サターンV

宇宙探査の歴史：火星有人着陸を目指すスペースXの挑戦
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特に有人火星探査を目指したスペースXは、民間初の有人宇宙飛行とISSドッキングを実現し、次は完全再利用化を実現した次世代
宇宙船を準備中です。
4/29、FAAに打上承認された完全
再利用型宇宙船「スターシップ」（想像図）
〇Wikipedia
米ＦＡＡ、スペースＸの次世代宇宙船打ち上げを承認(ロイター 2021/4/30)
https://jp.reuters.com/article/space-exploration-spacex-idJPKBN2CG2TE
宇宙船内は100名が搭乗可能

宇宙探査の歴史：月と火星へ再注目
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2019/3/26 米国による「アルテミス計画」
月面での持続的な駐留を確立し、民間企業が
月面経済を構築するための基盤を築き、最終的
には人類を火星に送るという長期的目標を掲げ
る。まずは2024年に有人月面着陸、2028年ま
でに月面基地の建設を準備中。（日本も物資
輸送・モビリティなど官民が参画）
月周回有人拠点「ゲートウエイ」の想像図
〇Wikipedia
《シリーズ「アルテミス計画」を追えその①》NASAアルテミス計画の全貌
https://www.kodomonokagaku.com/read/12542/
https://sorabatake.jp/14652/
https://www.sed.co.jp/tokusyu/mars.html
1990年までの両大国による火星探査の歴史
▲成功 △失敗
上記以降の重要トピック
水や鉱物など資源発掘（スペースマイニング）の
可能性を探り、宇宙基地としての役割へ
• 米国パーシビアランス→2021/2/18
に火星の大地着陸成功（左図）
• 米国マーズ・オデッセイ→2002年に水の痕跡を発見
• 米国マーズ・エクスプレス→2012年に氷を含む堆積性鉱物や、海岸線とおぼしき
浸食状況を発見

日本の宇宙探査（はやぶさ中心）
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はやぶさの探査目的
惑星/生命の起源と隕石ディフェンス
〇出所：JAXA
https://www.hayabusa2.jaxa.jp/science/ryuugu/
ドキュメントはやぶさ２の大冒険
原子地球に存在した水/有機物の起源説
1. 地球の素材となった微惑星に水が存在していた
（微惑星期限説）
2. 地球誕生後に、水を含む彗星・微惑星が衝突して
水をもたらした（彗星・微惑星衝突説）
3. 地球上で水素と酸素が反応して水が出来た
（地球起源説）
はやぶさ２の探査目的
1. 太陽系惑星の起源
2. 地球上生命の起源
3. 隕石衝突の回避
太陽系の小惑星数
(現時点で１００万個以上が確認)
Copyright@ Koji fukuoka
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はやぶさ１＆２が目指した小惑星の位置と大きさ
地球と火星付近の炭素型惑星がはやぶさ２のターゲット
〇出所：JAXA
https://www.hayabusa2.jaxa.jp/science/ryuugu/
リュウグウ
（炭素からなるC型）
イトカワ
（岩石からなるS型）
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リュウグウの写真
https://qzss.go.jp/news/archive/hayabusa2_201214.html
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はやぶさの経路
〇はやぶさ２の挑戦
https://www.youtube.com/watch?v=OVfrZ2eaVf8
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はやぶさ２の経路
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人工クレーターを創る！
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同一天体２タッチダウンと愛称
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その他名称
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カプセル回収の流れ
備えとして・・・
• 船舶からのレーダー
• ドローン空撮＆AI解析
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はやぶさ２が果たした「７つの世界初」
1. 小型探査ロボットによる小天体表面の移動探査
2. 複数探査ロボットの小天体上への投下・展開
3. 天体着陸精度60cmを実現
4. 人工クレーターの生成とその過程・前後の詳細観測
5. 同一天体２地点への着陸
6. 地球圏外の天体の地下物質へのアクセス
7. 最小・複数の小天体周回人工衛星の実現
〇出所：ドキュメントはやぶさ２の大冒険
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はやぶさ２の成果
小惑星リュウグウのサンプル
“有機物含む可能性高い”
2021年4月27日 19時26分
日本の探査機「はやぶさ2」が採取した小
惑星「リュウグウ」のサンプルについて、JAXA
＝宇宙航空研究開発機構が簡易的な分
析を行い、有機物が含まれている可能性
が高いことを示すデータが得られたと公表し
ました。
https://www3.nhk.or.jp/news/html/20210427/k10013001651000.html
0.1g目標
→5.4g採取
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まとめ
 宇宙探査は打ち上げるためのロケット開発が重要であり、軍事・外交問題とも大きく関
わってきました。
 冷戦以降は国際協調路線となりましたが、従来のやり方による限界も見えてきました。
 新たな組織からの参入が進み、深宇宙（火星以遠）探査へ改めて期待が高まっている
ことろです。
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