2022年6月26日： 日曜日に、NASAはCAPSTONEの打ち上げに少なくとも1日の遅延を発表し、最終的なシステムチェックを実行するためのより多くの時間を確保しました。 記事が更新されました。
今後数年間で、NASAは月で忙しくなります。
巨大なロケットは、おそらく夏の終わりの前に、月の周りに宇宙飛行士が乗っていない状態でカプセルをロフトします。 ロボット着陸船のパレードは、特に極地に閉じ込められた水氷に関する一連の科学データを収集するために、月で実験を中止します。 今から数年後、最後のアポロ月面着陸から半世紀以上、宇宙飛行士がそこに戻ることになっています。
これらはすべて、ギリシャ神話ではアポロの双子の姉妹であったアルテミスにちなんで名付けられたNASAの21世紀の月のプログラムの一部です。
今週すぐに、CAPSTONEという名前の宇宙船が月に向かう最初のアルテミスとして打ち上げられます。 従うべきものと比較して、それはサイズと範囲が控えめです。
CAPSTONEには宇宙飛行士はいません。 宇宙船は小さすぎて、電子レンジと同じくらいの大きさです。 このロボットプローブは月に着陸することさえありません。
しかし、それは多くの点で以前の月へのミッションとは異なります。 これは、NASAが惑星間航海でより良い価値を得るために将来着手できる官民パートナーシップのテンプレートとして役立つ可能性があります。
NASAのミッションを管理しているAdvancedSpaceの最高経営責任者兼社長であるBradleyCheethamは、次のように述べています。
打ち上げは月曜日に予定されていましたが、日曜日には、CAPSTONEの軌道への乗車を提供している米国とニュージーランドの会社であるロケットラボに最終的なシステムチェックを実行するためのより多くの時間を与えるために、打ち上げが少なくとも1日遅れました。
「チームは、次の打ち上げの試みの日付を決定するために、天候やその他の要因を評価しています」と、NASAはブログ投稿で述べています。 「現在の期間内の次の打ち上げの機会は6月28日です。」
ミッションの正式名称は、Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations andNavigationExperimentです。 これは、月周回軌道のスカウトとして機能し、最終的には、アルテミスの一部として有人宇宙ステーションが建設されます。 ゲートウェイという名前のその前哨基地は、将来の乗組員が月面に進む前に停止するウェイステーションとして機能します。
CAPSTONEは、いくつかの点でNASAにとって珍しいものです。 一つには、それはフロリダではなくニュージーランドのランチパッドに座っています。 第二に、NASAはCAPSTONEを設計または構築しておらず、運用もしていません。 代理店はそれを所有していません。 CAPSTONEは、デンバー郊外にある45人の従業員を抱えるAdvancedSpaceに属しています。
宇宙船はゆっくりですが効率的な月への軌道をとっています。 7月27日まで毎日打ち上げの機会があります。それまでに宇宙船が着陸すると、打ち上げ日に関わらず、11月13日の同じ日に月周回軌道に着きます。
CAPSTONEの使命は、NASAが民間企業と新しい方法で協力し、より低コストでより迅速に追加機能を取得することを期待する取り組みを続けています。
NASAの管理者であるビルネルソンは、次のように述べています。
2019年に署名されたCAPSTONEに関するNASAとのAdvanceSpaceの契約は、2,000万ドルの費用がかかりました。 CAPSTONEの宇宙への乗車も小さくて安価です。ロケットラボによる打ち上げで1,000万ドル弱です。
NASAの小型宇宙船技術のプログラムエグゼクティブであるクリストファーベイカーは、次のように述べています。 「比較的迅速で比較的低コストです。」
2019年に月に着陸するためのイスラエルの非営利団体によるわずかな努力であるベレシートでさえ、1億ドルの費用がかかりました。
「私はこれを、地球を超えた商業的任務を促進するために私たちがどのように役立つことができるかについてのパスファインダーとして見ています」とベイカー氏は言いました。
チーサム氏によると、CAPSTONEの主な使命は6か月続くことであり、さらに1年かかる可能性があるという。
それが収集するデータは、ゲートウェイとして知られる月の前哨基地の計画者を支援します。
ドナルド・J・トランプ大統領が2017年に、彼の政権の宇宙政策の最優先事項は宇宙飛行士を月に送り返すことであると宣言したとき、NASAの流行語は「再利用可能」かつ「持続可能」でした。
そのため、NASAは、月の周りの宇宙ステーションを、宇宙飛行士が月面に到達する方法の重要な部分にすることになりました。 そのようなステージングサイトは、彼らが月のさまざまな部分に到達するのをより簡単にするでしょう。
現在2025年に予定されているが、延期される可能性が高い最初のアルテミス着陸ミッションは、ゲートウェイを使用しません。 しかし、その後のミッションはそうなります。
NASAは、この前哨基地を配置するのに最適な場所は、ほぼ直線的なハロー軌道として知られている場所であると決定しました。
ハロー軌道は、2つの物体（この場合は地球と月）の重力の影響を受ける軌道です。 2つの物体の影響により、軌道が非常に安定し、宇宙船が月を周回するのに必要な推進剤の量が最小限に抑えられます。
重力の相互作用はまた、地球からの視線に対して軌道を約90度の角度に保ちます。 （これは名前のほぼ直線的な部分です。）したがって、この軌道にある宇宙船は、通信が遮断される月の後ろを通過することはありません。
ゲートウェイが移動する軌道は、月の北極から約2,200マイル以内にあり、南極を越えると44,000マイル離れたところまでループアウトします。 月を一周するのに約1週間かかります。
基礎となる数学の観点から、ほぼ直線的なハロー軌道のようなエキゾチックな軌道はよく理解されています。 しかし、これは宇宙船がこれまでに行ったことのない軌道でもあります。
したがって、CAPSTONE。
GatewayのプログラムマネージャーであるDanHartmanは、次のように述べています。 「しかし、この特定のCAPSTONEペイロードを使用すると、モデルの検証を支援できます。」
実際には、正確な位置を特定するための全地球測位システム衛星が月の周りにない場合、宇宙船を目的の軌道に維持するための最善の方法を見つけるために、試行錯誤が必要になる場合があります。
「最大の不確実性は、実際にあなたがどこにいるかを知ることです」とチーサム氏は言いました。 「宇宙にいると、自分がどこにいるかを実際に知ることはありません。 ですから、あなたは常にそれがどこにあるかを見積もることができますが、その周りにはある程度の不確実性があります。」
他のNASAミッションと同様に、CAPSTONEは、NASAの電波衛星アンテナのディープスペースネットワークからの信号を使用してその位置の推定値を三角測量し、必要に応じて、月から最も遠い地点を通過した直後に目的の軌道に向かって戻ります。
CAPSTONEは、その位置を見つける別の方法もテストします。 月の周りにGPSネットワークを構築するために時間と費用を費やす人はほとんどいないでしょう。 しかし、NASAのルナーリコネサンスオービターを含む他の宇宙船が月を周回しており、今後数年間でさらに多くの宇宙船が到着する可能性があります。 互いに通信することにより、異なる軌道にある宇宙船の艦隊は、本質的にアドホックGPSを設定することができます。
Advanced Spaceはこの技術を7年以上開発してきましたが、CAPSTONEが月面偵察オービターと信号をやり取りすることでコンセプトをテストします。 「時間の経過とともに、両方の宇宙船がどこにあるかを判断できるようになります」とチーサム氏は言いました。
Advanced Spaceは、CAPSTONEの開発を開始したときに、コンピューターチップスケールの原子時計を宇宙船に追加し、その時間を地球から放送されたものと比較することも決定しました。 そのデータは、宇宙船の位置を特定するのにも役立ちます。
Advanced SpaceはCAPSTONEを所有しているため、NASAの許可を得ずに変更を加える柔軟性がありました。 エージェンシーはまだそのようなプロジェクトで緊密に協力していますが、この柔軟性はAdvancedSpaceのような民間企業とNASAの両方にとって恩恵となる可能性があります。
「ベンダーと商業契約を結んでいたため、何かを変更する必要がある場合、政府の契約担当者の大規模なレビューを行う必要はありませんでした」とチーサム氏は述べています。 「それはスピードの観点から助けになりました。」
反対に、Advanced Spaceはミッションの固定料金を交渉していたため、NASAに追加のお金を要求することはできませんでした（ただし、Covid-19のパンデミックによるサプライチェーンの遅延のために追加の支払いを受け取りました）。 「コストプラス」と呼ばれる従来のNASA契約では、企業が費やした金額を払い戻してから、その上に利益として受け取った料金を追加します。これは、コストを管理するインセンティブをほとんど提供しません。
「事態が発生したとき、私たちはそれらに非常に効率的に対処する方法を考え出さなければなりませんでした」とチーサム氏は言いました。
これは、NASAがかつて行っていたスペースシャトルよりもはるかに低コストで国際宇宙ステーションとの間で貨物と宇宙飛行士を輸送するElonMuskのSpaceXとの固定価格契約を使用するというNASAの成功した戦略に似ています。 SpaceXの場合、NASAの投資により、ペイロードの打ち上げに関心のあるNASA以外の顧客や民間の宇宙飛行士を軌道に乗せることができました。
CAPSTONEまで、Advanced Spaceの作業はほとんど理論的であり、軌道の分析とアドホックGPS用のソフトウェアの作成であり、宇宙船の構築と運用ではありませんでした。
同社はまだ実際には宇宙船製造事業を行っていません。 「私たちは宇宙船を購入しました」とチーサム氏は言いました。 「ここAdvancedで構築するハードウェアはレゴだけだと人々に伝えています。 素晴らしいレゴコレクションがあります。」
過去数十年の間に、CubeSatsと呼ばれる小型衛星が急増し、各立方体のサイズが10センチメートル（4インチ）の標準化された設計に基づいて、より多くの企業が宇宙船を迅速に製造できるようになりました。 CAPSTONEは最大規模で、12個のキューブのボリュームがありますが、Advanced Spaceは、カリフォルニア州アーバインのTyvakNano-SatelliteSystemsからほぼ既製で購入することができました。
それでも多くの問題解決が必要でした。 たとえば、ほとんどのCubeSatは低軌道にあり、地表からわずか数百マイル上にあります。 月は約25万マイル離れています。
「誰も月にCubeSatを飛ばしませんでした」とチーサム氏は言いました。 「だから、月にCubeSatを飛ばすためのラジオを作った人がいないのは理にかなっています。 そのため、これらの詳細の多くを理解するために実際に飛び込み、実際に数人の異なる人々と協力して、機能するシステムを構築する必要がありました。」
ゲートウェイプログラムマネージャーのハートマン氏はCAPSTONEに興奮していますが、月の前哨基地を前進させることは必須ではないと言います。 NASAは、ゲートウェイの最初の2つのモジュールの建設についてすでに契約を結んでいます。 欧州宇宙機関も2つのモジュールを提供しています。
「それなしで飛べますか？」 ハートマン氏はCAPSTONEについて語った。 “はい。 必須ですか？ いいえ。”
しかし彼は、「モデルのエラーバーを減らすことができるときはいつでも、常に良いことです」と付け加えました。
チーサム氏は、NASAまたは他の商業パートナーのいずれかのために、次に何が起こるか、おそらく月へのより多くのミッションについて考えています。 彼はまた、さらに先を考えています。
「火星と同じようなことをどうやってやるのか、とても興味があります」と彼は言った。 「私は実際、金星にもかなり興味があります。 十分な注目を集めていないと思います。」