宇宙開発の歴史を掘り下げる前に、まずは偉人たちが宇宙について残した言葉に耳を傾けてみましょう。
「何年も前、エベレストで命を落とすことになるイギリスの探検家ジョージ・マロリーは、なぜ山登りを目指すのかと問われ、こう答えました。『そこに山があるからだ』と。宇宙もまた、そこにあります。私たちはそれへ挑みます。月があり、惑星があり、知と平和への新たな希望がそこにあるのです。」
ジョン・F・ケネディ
ジョン・F・ケネディは1961年から1963年までアメリカ合衆国大統領を務めた人物です。
「私に畏敬の念を抱かせるものは二つある。頭上の満天の星空と、内なる道徳的な universe(宇宙)である。」
アルベルト・アインシュタイン
アルベルト・アインシュタインはドイツ出身の世界的な科学者で、物理学や量子力学の分野に多大な貢献をしました。1879年3月14日に生まれ、1955年4月18日にこの世を去っています。
天文学とは
実は、宇宙探査という発想は人類にとって新しいものではありません。祖先が占星術によって人の運命を予言していた頃から、宇宙は人類の好奇心の永遠のテーマであり続けてきました。そして惑星や天体、物理的な宇宙空間を研究する科学の一分野として、「天文学」が確立されました。
ご存じのとおり、地球は太陽系の惑星の一つです。上の図のように、太陽系は巨大な恒星である太陽を中心に、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星という8つの惑星で構成されています。冥王星は準惑星として分類され、現在は行星系には含まれていません。さらに言えば、私たちの太陽系は銀河系(天の川銀河)の一部にすぎず、そのような銀河が無数に集まって宇宙を形作っています。地球という惑星の物理的な境界の外側にある宇宙空間には、彗星、衛星、隕石、恒星、塵など、さまざまな天体が存在しているのです。
まず覚えておきたい基礎用語集
- 宇宙飛行士(Astronaut) – 宇宙船での飛行訓練を受けた人間のこと。ロシア(旧ソ連)の宇宙飛行士は「コスモノート」と呼ばれます。
- 銀河(Galaxy) – 恒星とその周回軌道からなる巨大な集合体。例えば天の川銀河には、太陽という恒星と、その周囲を回る惑星群が含まれます。
- 軌道(Path/Orbit) – 天体が通ると定義された進路のこと。例えば月は特定の軌道に沿って地球の周りを公転しています。
- 惑星(Planet) – 自身では光を放たず、恒星を中心に運行する天体のこと。例えば地球がこれに当たります。
- 衛星(Satellite) – 惑星の周りを公転する天体全般を指します。月は自然衛星であり、GEOSATのようなものは人工衛星です。
- 恒星(Star) – 燃焼して光とエネルギーを放出する天体のこと。例えば太陽は巨大な恒星です。
地球大気の層構造
隣の図は、平均海面からの高度別に地球の大気を区分したものです。高度約20kmまでの領域は航空機や山頂が属する「対流圏」です。その上が気球が飛行する高度約50kmの「成層圏」にあたり、さらにその先にあるのが「カーマン・ライン」です。これは地球の大気圏と宇宙の境界線を示すものです。地表から高く昇るほど大気の密度は薄くなるため、厳密な普遍的定義を設けることは困難です。
一般的に受け入れられている定義によれば、地表から約100kmの高さに仮想的な境界線が引かれています。この高さを超えると、航空機は地球の重力に打ち勝って浮上するために、より高速で飛行しなければなりません。このカーマン・ラインを最初に突破し、宇宙探査の時代の幕開けとなったのは、1944年に打ち上げられたV2ロケットでした。
宇宙研究の黎明期
宇宙環境を調査したりサンプルを収集したりするために打ち上げられる機械は「探査機」と呼ばれます。目的に応じてさまざまな種類があります。
- 有人探査機 – 宇宙飛行士を搭乗させるタイプ
- 無人探査機 – 人間を搭乗させないタイプ
- 宇宙船(Spacecraft) – 宇宙空間を航行して目的地に到達するために打ち上げられる機体
- 惑星間探査機 – 太陽系の惑星に到達することを目標に打ち上げられる探査機
- 宇宙ステーション – 宇宙飛行士が搭乗し、地球低軌道上に長期間滞在する大型の宇宙船
ここからは、さまざまな探査機が打ち上げられてきた背景にある歴史がどのように展開していったのかを見ていきましょう。
冷戦時代の宇宙開発競争
大きな犠牲を伴った第二次世界大戦ですが、宇宙研究の飛躍についてはその功績を認めるべきでしょう。最初に宇宙へロケットを打ち上げたのはドイツでした。「報復兵器」と呼ばれた全長200マイル級のV2ミサイル(A-4)は、1944年9月8日にロンドン攻撃に使用されました。60マイル以上を飛翔し、ドイツ軍が狙った複数の拠点を攻撃したのです。
第二次世界大戦でドイツが敗北すると、その技術と設計者たちはアメリカとソ連が引き継ぎました。各国があらゆる面で優位性を証明しようとしのぎを削っていた時代であり、宇宙開発もその例外ではありませんでした。
1957年10月4日、ソ連はR-7ロケットで世界初の人工衛星「スプートニク1号」を打ち上げました。V2が地上を狙ったロケットだったのに対し、これは地球外の宇宙への最初の一歩となる投資でした。スプートニク1号は96分周期で地球を周回しました。
その約1か月後の1957年11月3日、ソ連は「スプートニク2号」を打ち上げます。注目すべきは、ライカという名の犬という生き物を搭載していたことです。これは史上初めて動物を宇宙に送った出来事となりました。
米国、ソ連との競争を宣言
数回の打ち上げ失敗を経て、アメリカは1958年1月31日、人工衛星「エクスプローラー1号」でついに宇宙へ足を踏み入れました。この衛星には宇宙線を検出する観測機器が搭載されていました。研究者ジェームズ・ヴァン・アレンが主導したこの研究をもとに、後続の衛星から得られたデータにより、地球の大気を取り巻く「ヴァン・アレン帯」の存在が明らかになったのです。
1958年10月、アメリカ政府は宇宙研究を集中的に推進するためNASA(国家航空宇宙局)を設立しました。そして1961年4月12日、ソ連の宇宙飛行士ユーリ・ガガリンが、宇宙船「ヴォストーク1号」による飛行で史上初の人類の宇宙飛行を成し遂げ、108分間地球を周回しました。
世論の熱気を前に、アメリカはソ連に対する「宇宙開発競争(スペースレース)」を宣言します。その3週間後の1961年5月5日、アメリカは「マーキュリー宇宙船(フリーダム7号)」を打ち上げました。これに搭乗したアラン・シェパードは、アメリカ人初、人類史上2番目の宇宙飛行士となりました。ただし彼の飛行は15分程度の弾道飛行(サブオービタル飛行)で、宇宙空間には到達したものの地球を一周することはありませんでした。
大きな挑戦
初の人工衛星から初の有人宇宙飛行まで、すべてにおいてソ連が先行していた状況の中、ジョン・F・ケネディ大統領は「この国の目標は、10年以内に月に人を降り立たせることだ」と宣言しました。
ソ連がすべての分野で快進撃を続ける中、アメリカは猛追しなければなりませんでした。しかしソ連もさらに階段を駆け上がります。1959年には「ルナ計画」の一環として「ルナ2号」を月に衝突させた史上初の人工物体としました。続いて1966年2月3日には「ルナ9号」が他の天体(月)への初の自動ソフトランディングを達成し、同年4月3日には「ルナ10号」が月周回軌道に乗った初の人工衛星となりました。
大統領が掲げたこの途方もない課題に応えるべく、NASAは1960年代に「ジェミニ計画」を実施し、宇宙飛行士に長期間の宇宙飛行に耐える訓練を積ませました。続いて始まったのが「アポロ計画」です。そして1969年7月20日、「アポロ11号」がアメリカの夢を実現させます。このミッションは人類を初めて天体(月)に着陸させることに成功しました。ニール・アームストロングとバズ・オルドリンは、月面に足を踏み入れた最初の宇宙飛行士となったのです。
「これは一人の人間にとっては小さな一歩だが、人類にとっては偉大な飛躍である。」
- ニール・アームストロング(月面より)
この成功を受けて、1969年から1972年の間にアメリカは合計6回の有人月面着陸を達成しました。以降、有人探査機による飛行は地球低軌道の範囲にとどまることになります。
惑星間ミッション
惑星間ミッションには大きく分けて「フライバイ(接近通過)・軌道投入ミッション」と「表面着陸ミッション」の2種類があります。前者では探査機が惑星のそばを通過するか、その周回軌道に乗ります。一方後者では、探査機が惑星の大気圏に突入して表面に着陸し、画像などのデータを送り返します。
NASAによる初の成功したフライバイ・ミッション
| 探査機 | 目標天体 | 打ち上げ日 |
| マリナー2号 | 金星 | 1962年8月27日 |
| マリナー4号 | 火星 | 1964年11月28日 |
| パイオニア6号 | 太陽 | 1965年12月16日 |
| パイオニア10号 | 木星 | 1972年3月2日 |
| パイオニア11号 | 土星 | 1973年4月6日 |
| マリナー10号 | 水星 | 1973年11月3日 |
| ボイジャー2号 | 天王星 | 1977年8月20日 |
| ボイジャー2号 | 海王星 | 1977年8月20日 |
| ニュー・ホライズンズ | 冥王星 | 2006年1月19日 |
| ドーン | ケレス | 2007年9月27日 |
ソ連による初の成功した表面着陸ミッション
| 探査機 | 目標天体 | 打ち上げ日 | 主な記録 |
| ヴェネラ7号 | 金星 | 1970年8月17日 | 1970年12月15日、金星から23分間データを地球へ送信 |
| ヴェネラ9号 | 金星 | 1975年6月8日 | 1975年10月22日、金星表面の画像を送信 |
| マルス3号 | 火星 | 1971年5月28日 | 1971年12月2日のソフトランディング後、20秒でデータ伝送が停止 |
その他の特筆すべきミッション
MOM(マーズ・オービター・ミッション)、通称マンガルヤーンは、インドのISROによって打ち上げられた火星探査機で、インドは世界で初めての火星探査に一度で成功した国となりました。しかもコストはハリウッド映画1本の制作費のほぼ半分ほどという低価格であり、GSLVではなくPSLVで打ち上げられる軽量の探査機でもありました。2013年11月5日に打ち上げられ、2014年9月24日に火星周回軌道への投入に成功。現在も運用を続けており、NASA、ロシア(旧ソ連)、欧州に次いで4番目に火星ミッションを成功させた国となりました。この挑戦的なミッションを題材にしたヒンディー語映画『ミッション・マンガル』も制作されています。
EVA(船外活動) – 宇宙船の外、地球の大気圏の外側で宇宙飛行士が行う活動のことで、代表的なものが「宇宙遊泳」です。ソ連が打ち上げたヴォスホード2号から1965年3月18日に機外に出たアレクセイ・レオノフが、史上初めて宇宙遊泳を行った人物となりました。彼は12分9秒間、宇宙空間に留まりました。
宇宙ステーション
初の宇宙ステーションの打ち上げ
ソ連は1971年4月19日、世界初の宇宙ステーションを地球低軌道に打ち上げました。「サリュート1号」と呼ばれるこの宇宙船の打ち上げは成功しました。3日後、有人探査機ソユーズ10号がサリュート1号とのドッキングを試みるために打ち上げられますが、ドッキングは失敗し、乗組員は地球へ帰還しました。
その後、1971年6月6日に3人の宇宙飛行士を乗せたソユーズ11号が打ち上げられました。ドッキングと29日間にわたる実験を成功させ、乗組員は6月末に地球へ帰還の途につきます。ところが、技術的な問題のため、大気圏再突入の際に悲劇にも3名は命を落としました。彼らはカーマン・ラインの外側で亡くなった唯一の人類となっています。
任務を終えたサリュート1号は、1971年10月11日に大気圏に再突入し、燃え尽きました。
ISS:宇宙開発競争の終着点
その後、アメリカのスカイラブ、そしてロシアが単独の宇宙ステーションとして打ち上げたサリュート3号〜7号やミールが、それぞれ数年間の運用を経て登場しました。そして9番目として打ち上げられたのが国際宇宙ステーション(ISS)です。これはアメリカ、ロシア(旧ソ連)、日本、カナダ、ヨーロッパの協力による成果でした。
ISSは1998年11月20日にアメリカから打ち上げられました。1998年12月4日には初めて6人の乗組員が滞在を開始しています。以来22年以上にわたり稼働し続けており、宇宙飛行士が継続的に滞在するミッションとしては史上最長となっています。これまでに19か国から約240人の宇宙飛行士がISSを訪れており、何度も訪れた人もいます。
ISSは地球低軌道を周回する最大級の有人宇宙船です。モジュール式の第3世代ステーションであり、モジュールの追加や撤去が可能な柔軟な構造を持っています。打ち上げ当初から現在まで、さまざまな分野の研究や実験が続けられています。
最近の動向・ハイライト
宇宙開発は当初、アメリカとロシアが大きく支配していましたが、今では多くの国々が宇宙探査の旅に加わり、それぞれの存在感を示すようになりました。これは、第二次世界大戦後に植民地支配から独立した国々や、戦争の敗戦国を含め、多くの国が直接・間接的にその影響を受けたことが一因と考えられます。
今日、主要なプレイヤーとしては、アメリカ(NASA)、ロシア(ROSCOSMOS:ロスコスモス国営宇宙活動公社)、日本(JAXA:宇宙航空研究開発機構)、ヨーロッパ(ESA:欧州宇宙機関)、カナダ(CSA:カナダ宇宙庁)、中国(CNSA:中国国家航天局)、インド(ISRO:インド宇宙研究機関)などが挙げられます。その他にも、独自の政府機関を通じて宇宙研究を進めている国が多数あります。
今後の予定されている宇宙イベントをいくつか紹介すると、NASAは最新鋭の宇宙飛行士チームによる宇宙遊泳を計画しています。ROSCOSMOSは、低軌道、中軌道、高楕円軌道、太陽同期軌道、静止軌道など各種の打ち上げに使われてきた既存のソユーズシリーズを置き換える「ソユーズ2型」ロケットの開発・試験を進めています。JAXAは、与圧式の有人月面探査車(天体表面を走行する機体)の開発にも協力しています。
果てしなき宇宙の未来
世界大戦や冷戦を経て、今や世界は一丸となって、人類の代替となる住処を探し求めています。世界中の宇宙機関が共通の目標に向かって力を合わせているのは心強い光景です。ある国で打ち上げロケットの部品や機器が製造され、別の場所で組み立て・試験が行われ、最終的にはさらに別の国から打ち上げられる――そんな協力体制が実現しています。
このように、すべての国がひとつのチームとして機能しつつあります。近年では興味深い「宇宙旅行(スペースツーリズム)」のプログラムも次々と登場しています。月に土地を購入する、火星に家を建てるといった言葉が流行語になりつつあります。それは、将来的に人類を輸送するための月や火星の探索研究が活発化しているからこそでしょう。
宇宙研究の旅を進めることで、「宇宙や地球はどのように誕生したのか」といった問いへの答えが見つかるかもしれません。ダークマター、ブラックホール、微小重力といったエキサイティングな科学理論に新たな光が当たる可能性もあります。他の惑星の資源を地球上での生存に活かしたり、他の天体で生活を始めたりする日が来るかもしれません。