東北⼤学学際科学フロンティア研究所（学際研）の齋藤勇⼠助教と㈱ＥｌｅｖａｔｉｏｎＳｐａｃｅ（エレベーションスペース）は、宇宙で実証・実験を⾏った後に地球へ帰還することができる無⼈⼩型衛星で実⽤化を⽬指すハイブリッドスラスタについて、軌道離脱に必要となる⻑時間の燃焼に成功した。ハイブリッドスラスタとはハイブリッドスラスタとは、液体/気体の酸化剤と固体の燃料を用いることを特徴とする推進装置。

軌道離脱を実現するような⾼い推⼒と、⼩型衛星に搭載可能な⼤きさ、経済性、安全性を兼ね備えるハイブリッドスラスタは、世界でも宇宙実証に⾄っている例がなく、エレベーションスペースが２０２５年に打ち上げを予定している無⼈⼩型衛星で世界に先駆けた実⽤化を⽬指している。

また、このハイブリッドスラスタは、打ち上げ数の急増する⼩型衛星市場で⾼い需要が⾒込まれるとともに、⽉以遠への⾼頻度な宇宙探査実現にも貢献すると考えられ、東北大等では、今後も、国が「宇宙基本計画」で掲げる宇宙産業市場の拡⼤や宇宙開発領域における国際競争⼒向上に貢献できるよう、研究開発を加速する構えだ。

■開発の背景

昨今、リモートセンシングや衛星通信などを⽬的とした衛星質量５００㎏以下の⼩型または超⼩型⼈⼯衛星の需要が⾼まっており、経済産業省のまとめによると、２０１３年には年間１００機に満たなかった⼩型衛星の打ち上げ数が、２０２０〜２０２４ 年までに最⼤２４００機近くにのぼると予想されている。

従来、⼩型〜超⼩型衛星は、運⽤期間が短い・衛星⾃体の設計寿命が短いなどの理由で、スラスタ（推進装置）が搭載されていないことも多く、搭載されていても姿勢制御や軌道の微修正といった低推⼒のスラスタしか持たないケースが多くあった。

しかし、⼩型衛星が⼤量に打ち上げられるようになった結果、打ち上げ機会の確保やコスト低減のため、主衛星打ち上げロケットの空いているスペースに相乗りする「ピギーバック⽅式」で打ち上げられることが増加。ロケットから軌道に投⼊された後、⼩型衛星⾃⾝が希望する軌道⾼度へ⾃⼒でたどり着く必要があるなど、⼩型衛星がスラスタを持つ必要性が⾼まっています。

また、運⽤を終了した⼈⼯衛星などが軌道上に放置されることで「宇宙ゴミ（スペースデブリ）」になる問題も深刻化しており、アメリカの連邦通信委員会（ＦＣＣ）は、任務終了後、衛星が燃え尽きる軌道へ移るまでの期間を「２５年以内」と定めた規則を、「５年以内」に変更すると発表するなど、衛星⾃⾝が運⽤終了後に、⾃ら速やかに軌道を離脱する性能を持つことが求められている。

⼀⽅で、従来の⼩型衛星⽤スラスタは数ニュートン級の推⼒しか持たないものが⼀般的であり、軌道の移動や離脱に必要となる数百ニュートン級の推⼒を実現することができない。

さらに、⾼い推⼒を実現できる燃料として⽤いられることの多いヒドラジンは毒性が⾼く、管理・取り扱いコストが⾼いために、⼩型衛星開発のメインプレーヤーとして台頭しつつあるスタートアップ企業が利⽤するには安全性・経済性の両⾯でハードルが⾼く、実⽤化が難しい状況。

以上のような社会背景を受け、安全性と経済性を維持しながら、⾼い推⼒を実現する⼩型衛星⽤スラスタの実⽤化を⽬指し、エレベーションスペースと学際研・齋藤助教はハイブリッドスラスタの研究開発を進めている。