民間宇宙開発が近年になって存在感を増しています。イーロン・マスクのスペースXはインタープラネタリー・トランスポート・システムという宇宙飛行システム構想を発表し、ゆくゆくは有人火星飛行へと着手する計画です。これ以外にも小型人工衛星の打ち上げプロジェクトが世界的に拡大するなど、宇宙空間の活用はどんどん活発になっていくでしょう。しかしその前に、考えるべき大問題があります。

それは宇宙の「ゴミ問題」。スペースデブリと呼ばれる宇宙ゴミは、地球上のゴミ問題に負けず劣らず看過できない重大事なのです。

スペースデブリとは

地球の衛星軌道を回る「宇宙ゴミ」スペースデブリには、機能停止して放置された人工衛星、本体から切り離されたロケットの部品、またそうした機器の破片など、大小さまざまな種類があります。

そうした物体は動力がないので、やがて失速して地球の大気圏で燃え尽きるのですが、それまでにはしばらく時間がかかります。

北米やロシア、また日本では、観測システムを使ってその数量を常に観測しています。現在は、大きさが10cm以上の大型デブリが約2万、1cm程度の小型デブリが75万程度存在。それよりも小さい微小デブリとなると、数え切れない数に上ります。

このおびただしい宇宙ゴミは、どのような危険を及ぼすのでしょう。

スペースデブリの危険性

スペースデブリが危険なのは、衝突の危険性があり、衝突した時の被害が大きいという点に尽きます。

地球の衛星軌道を周回する物体は常に高速で移動しています。これは、物体が高速で地球の重力に逆らって動く力と地球の重力がちょうど釣り合う結果、地球との距離が一定に保たれるからです。速度が遅いと地球の重力に引っ張られて大気圏に落ちて燃えてしまい、逆に速度が速すぎると地球の重力を振り切って宇宙の彼方へ飛んでいってしまいます。

衛星軌道のデブリの速度は秒速8kmという、銃弾の速度の10倍程度という猛スピードで飛び回っています。物体の運動エネルギーは2乗倍で増えていくので、銃弾と同じサイズならそのエネルギーは100倍。何かにぶつかればとてつもない破壊力を発揮するのです。

(直径3.2mmのアルミ球を秒速7kmで飛ばし、1mm厚のアルミ板と2.76mm厚のケブラー繊維を貫通させる実験)

高度900kmの軌道にある人工衛星が1年間にデブリに衝突する確率は、およそ350分の1と見積もられています。人工衛星は通常5~10年使用されるので、人工衛星の打ち上げから寿命までにデブリに激突する可能性はおよそ70分の1から35分の1。確率の上では、100台人工衛星を打ち上げればうち1～2台はその寿命までにデブリと激突する計算になります。

高度900kmの軌道は、地球低軌道と呼ばれます。ここは地球との距離が比較的近いことから、小型ロケットでの衛星打ち上げが簡単な上、地上を写す衛星写真も鮮明な画像が取得できるという利点があります。

有名なハッブル宇宙望遠鏡や国際宇宙ステーション、日本初の地球観測衛星である「もも1号」もこの低軌道を周回しています。人間の宇宙開発には欠かせない要所と言っていいでしょう。

2010年に国際宇宙ステーション建設ミッションに参加した日本人宇宙飛行士の山崎直子さんは、デブリの被害を直接受けた宇宙飛行士の一人です。シャトルで宇宙に行った彼女らクルーは、シャトルの窓に小さなヒビを発見しました。これは微少なスペースデブリの衝突に由来するものです。幸いにも、航行や地球への帰還に支障をきたすほどのダメージではありませんでしたが、もし大型のデブリが衝突したのであれば深刻な事態を招いたでしょう。

大型デブリとの激突リスクに備えて、国際宇宙ステーションには緊急回避用のブースターが設置されています。しかしそれが有効なのはデブリの大きさが10cm以上で、前もって接近を検知できる場合のみ。万一間に合わない場合は、宇宙飛行士はステーションから避難しなければなりません。

加えて、スペースデブリの衝突で人工衛星などが破壊されるとそれによりデブリが増えていきます。これが連鎖的に起これば、やがてデブリが自動的にかつ加速度的に増えていき、デブリの増殖を止められなくなるかもしれないという懸念もあります。

この現象はケスラー・シンドロームと呼ばれ、これまでにいくつもの研究やシミュレーションが行われてきました。万一これが現実のものとなれば人類の宇宙開発は大きく後退し、現在衛星を使っているシステムやインフラにもたいへんな悪影響が出ることが予想されます。