宇宙探査 — 計算が先に届いていた420年

液体燃料ロケット、高さ12.5メートルだけ飛ぶ

ゴダードはマサチューセッツ州オーバーンの農場で、ガソリンと液体酸素を燃やすロケットを打ち上げました。高さ約12.5メートル、水平に約56メートル飛んで、雪の畑に落ちています。数字だけ見ればおもちゃのようですが、燃料と酸化剤を燃焼室へ送り込み、燃やし続けながら量を調整できるという液体ロケットの仕組みが、ここで初めて実際に動きました。アポロを月へ運んだサターンVも、同じ仕組みの延長にあります。

• 到達高度 約12.5 m
• 水平距離 約56 m

関係者・機関: Robert H. Goddard

• Liquid-Propellant Rocket Development — Smithsonian Miscellaneous Collections 95(3) (1936), Smithsonian Research Online
• Robert Goddard and the First Liquid-Propellant Rocket — Smithsonian National Air and Space Museum (2016)

V2ロケット — 宇宙に届いた最初の人工物は、兵器だった

ナチス・ドイツのV2(A4)は、ヴェルナー・フォン・ブラウンらが開発した液体燃料の弾道ミサイルです。1944年6月20日の試射では高度170キロメートル台に達し、人工物として初めて宇宙空間に入ったとされます。その製造には強制収容所の囚人が動員されました。スミソニアン航空宇宙博物館のマイケル・ノイフェルトの推計では、製造に関わって亡くなった人は少なくとも1万人で、V2の攻撃による死者(約5千人)の2倍にのぼります。戦後、技術者と機体は米国とソ連に分かれて渡り、両国のロケット開発の出発点になりました。

• 製造に関わる死者(推計・最低) 約1万人
• 攻撃による死者 約5千人

関係者・機関: Wernher von Braun / Walter Dornberger

注記到達高度は資料により174〜176キロメートル程度で揺れます。当時は「宇宙の境界」がまだ定義されていませんでした。

• "Wonder Weapons" and Slave Labor — Smithsonian National Air and Space Museum (June 2020), Michael J. Neufeld

全長23センチのペンシルロケット — 日本のロケット開発の出発点

東京大学生産技術研究所の糸川英夫らは、東京・国分寺の工場跡地にあった半地下の溝で、全長23センチメートルの小さな固体燃料ロケットを水平に撃ちました。上へ打ち上げなかったのは場所がなかったためでもありますが、水平に撃って導線を張った枠を次々に突き破らせれば、切れた時刻から速さや姿勢を細かく測れました。日本は戦後しばらく航空の研究を禁じられていて、ほぼゼロからの再出発でした。ここから15年で、日本は自国のロケットで衛星を軌道に乗せる4番目の国になります。

• 全長 23 cm

関係者・機関: Hideo Itokawa (糸川英夫) / Institute of Industrial Science, University of Tokyo

• 国分寺のペンシル (The Pencil rocket at Kokubunji) — ISAS/JAXA, History of Japanese Space Development
• ISASニュース No.289 (ISAS News no. 289), April 2005 — 50th anniversary of the Pencil rocket — Institute of Space and Astronautical Science, JAXA (2005)

スプートニク1号 — 軌道に乗った最初の人工物

ソ連は直径約58センチメートル、重さ83キログラムあまりの金属の球に4本のアンテナを付けた衛星を打ち上げ、地球を約96分で1周させました。載っていたのは電波を出す送信機だけで、電池が切れるまでの3週間、世界中の受信機で信号が拾えました。ニュートンの思考実験から270年、ツィオルコフスキーの式から54年です。技術的な意味以上に、同じロケットが核弾頭を米国本土まで運べることを示した政治的な衝撃が大きく、翌年の米国航空宇宙局(NASA)の設立につながりました。

• 質量 約83 kg
• 1周にかかる時間 約96分

関係者・機関: Sergei Korolev (Сергей Королёв) / OKB-1

• Sputnik and the Origins of the Space Age — NASA History Office, Roger D. Launius

ガガーリン、108分で地球を1周

ソ連のユーリ・ガガーリンはボストーク1号で地球を1周し、人類で初めて宇宙を飛びました。飛行時間は108分で、操縦はほぼすべて地上と自動装置が行いました。無重力のなかで人が正常に判断できるかさえ分かっていなかったためです。帰還時、ガガーリンは座席ごと機体から射出され、機体とは別に自分のパラシュートで降りています。当時の技術では、カプセルが着地する衝撃から乗員を守りきれなかったためです。

• 飛行時間 108分

関係者・機関: Yuri Gagarin (Юрий Гагарин) / Sergei Korolev (Сергей Королёв)

• April 1961 — First Human Entered Space — NASA (image article)
• The flight of Vostok 1 — European Space Agency; archived by NASA Safety and Mission Assurance

アポロの誘導計算機が、生まれたばかりの集積回路を買い支える

月へ行く宇宙船は、地上との交信が途切れても自分で位置を計算できなければなりません。マサチューセッツ工科大学(MIT)計器研究所のエルドン・ホールらは1962年、誘導計算機を当時まだ実績の乏しかった集積回路で作ると決めました。使う回路をNORと呼ばれる1種類に絞り、大量に買って徹底的に検査する方針です。コンピュータ歴史博物館によれば、1963年にはこの計画が米国の集積回路生産の約6割を消費しました。大量の注文が製造技術を鍛え、値段を下げたという点で、宇宙開発が半導体産業を育てた例です。

• 1963年に消費した米国の集積回路生産 約60%
• ブロックII計算機の集積回路 2,756個

関係者・機関: Eldon C. Hall / MIT Instrumentation Laboratory / Fairchild Semiconductor

• Journey to the Moon: The History of the Apollo Guidance Computer — AIAA Library of Flight (1996), Eldon C. Hall
• Silicon Chips Take Man to the Moon — Computer History Museum (July 2019), David A. Laws

アポロ11号 — 人が月に降り、石を持ち帰る

ニール・アームストロングとバズ・オルドリンは月着陸船で静かの海に降り、約2時間半の船外活動で21.5キログラムの石と砂を集めました。降下の途中で誘導計算機が処理の詰まりを知らせる警報を何度も出しましたが、優先度の低い仕事を捨てて大事な計算を続ける設計になっていたため、着陸は続行されました。スプートニクからわずか12年です。ただしこの速さは、国の予算を大きく割いた競争だったから可能になったもので、競争が終わると、人が月へ行くことは50年以上途絶えます。

• 持ち帰った試料 21.5 kg
• スプートニクから 12年

関係者・機関: Neil Armstrong / Buzz Aldrin / Michael Collins / NASA

• Apollo 11 Mission Report (MSC-00171) — NASA Manned Spacecraft Center (1969), NASA Technical Reports Server

おおすみ — 誘導装置なしで軌道に乗せた、日本初の人工衛星

東京大学宇宙航空研究所は、L-4Sロケット5号機で重さ24キログラムの「おおすみ」を軌道に乗せました。4回の失敗のあとの成功で、ソ連・米国・フランスに次いで4番目です。このロケットには飛行経路を制御する誘導装置がなく、発射の角度と、重力で自然に弧を描く飛び方を計算しつくし、最上段が水平に近い向きになった瞬間に点火させて軌道に届かせました。電波が届いたのは十数時間でしたが、機体は33年間軌道を回り続けています。

• 質量 24 kg
• 軌道にとどまった期間 33年(2003年に大気圏へ)

関係者・機関: Institute of Space and Aeronautical Science, University of Tokyo / Hideo Itokawa (糸川英夫)

• 人工衛星「おおすみ」 (The Ohsumi satellite) — Institute of Space and Astronautical Science (ISAS/JAXA), past missions

ボイジャー — 175年に一度の惑星の並びに乗る

JPLの大学院生ゲーリー・フランドロは1965年、1970年代後半に木星・土星・天王星・海王星が、スイングバイで次々に渡り歩ける並びになることを計算で見つけました。この並びは約175年に一度しか来ません。1977年に打ち上げられた2機のボイジャーはこの機会に乗り、2号は4つの巨大惑星すべてを訪れた唯一の探査機になっています。ホーマン軌道なら約30年かかる海王星まで、12年で着きました。

• 並びが来る周期 約175年
• 海王星まで 12年(ホーマン軌道なら約30年)

関係者・機関: Gary Flandro / NASA / Jet Propulsion Laboratory

注記先に打ち上げられたのは2号(1977年8月20日)で、1号は9月5日。フランドロの論文は Astronautica Acta 12, 329–337 (1966) ですが、書誌ページに到達できなかったため本人の口述記録を出典にしています。

• Gary Flandro (PhD '67), Aerospace Engineer — oral history — Caltech Heritage Project
• The Voyager 2 Encounter with the Neptunian System — Science 246(4936), 1417–1421 (1989), E. C. Stone and E. D. Miner

ラグランジュ点に、初めて探査機が置かれる

NASAのISEE-3は、太陽と地球のあいだ、地球から約150万キロメートルのラグランジュ点のまわりを回る軌道に入りました。ロバート・ファーカーらが設計した「ハロー軌道」で、ここにいれば探査機は地球の影に入らず、地球に届く約1時間前の太陽風を測り続けられます。ラグランジュの計算から206年後の実用化です。いまは太陽観測機SOHOが同じ点に、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が地球をはさんで反対側の点にいます。

• ラグランジュの計算から 206年
• 地球からの距離 約150万 km

関係者・機関: Robert W. Farquhar / NASA

• The Flight of ISEE-3/ICE: Origins, Mission History, and a Legacy — J. Astronautical Sciences 49, 23–73 (2001), R. W. Farquhar

スペースシャトル — 再使用で安くなるはずだった

NASAのスペースシャトルは、翼を持つ機体を繰り返し飛ばすことで打ち上げを安くし、年に数十回飛ぶ計画で作られました。実際には1回飛ぶごとに大がかりな点検と整備が必要で、30年間の飛行は135回にとどまります。ロジャー・ピールキー・ジュニアらの集計では、計画全体の費用は1回あたり約15億ドルになりました。チャレンジャー(1986年)とコロンビア(2003年)の2度の事故では14人が亡くなっています。再使用という考え自体は正しかったものの、整備に手間がかかりすぎれば安くならないことを示した例です。

• 飛行回数(1981〜2011年) 135回
• 計画全体の費用を1回あたりに直すと 約15億ドル

関係者・機関: NASA

• Shuttle programme lifetime cost — Nature 472, 38 (2011), R. Pielke Jr. and R. Byerly
• The Recent Large Reduction in Space Launch Cost (ICES-2018-81) — 48th International Conference on Environmental Systems (2018), H. W. Jones, NASA Ames

イオンエンジンが、深宇宙で主役の推進装置になる

NASAのディープ・スペース1号は、キセノンを電気の力で加速して噴き出すイオンエンジンを、主な推進装置として初めて深宇宙で使いました。押す力は1円玉9枚ほどの重さを支える程度しかありませんが、同じ量の推進剤で化学ロケットの約10倍の速度変化を稼げ、何か月も休まず噴き続けられます。電気で推進するという考えはゴダードが1906年のノートに書き留めていて、実用までほぼ90年かかりました。日本の「はやぶさ」も、この種のエンジンで小惑星を往復します。

• 推進剤の効率(比推力) 約3,100秒(化学ロケットは300〜450秒)

関係者・機関: NASA / Jet Propulsion Laboratory / Marc D. Rayman

• Results from the Deep Space 1 technology validation mission — Acta Astronautica 47(2–9), 475–487 (2000), M. D. Rayman et al.
• A Critical History of Electric Propulsion: The First 50 Years (1906–1956) — J. Propulsion and Power 20(2), 193–203 (2004), E. Y. Choueiri

イカロス — 太陽の光の圧力で進む帆

JAXAのイカロスは、厚さ7.5マイクロメートルほどのポリイミドの膜でできた差し渡し20メートルの帆を広げ、太陽の光が当たるときのわずかな圧力で加速できることを、惑星間の空間で初めて実証しました。帆には薄い太陽電池も貼られ、発電も同時に試しています。光に物を押す力があることはマクスウェルの電磁気学から導かれ、20世紀の初めに実験で確かめられていました。燃料を使わずに進み続けられる推進法が、理論から実物になった例です。

• 帆の差し渡し 20 m
• 膜の厚さ 約7.5 µm

関係者・機関: JAXA / Yuichi Tsuda (津田雄一) / Osamu Mori (森治)

• Flight status of IKAROS deep space solar sail demonstrator — Acta Astronautica 69(9–10), 833–840 (2011), Y. Tsuda et al.

はやぶさ — 満身創痍で、小惑星の粒を持ち帰る

JAXAの「はやぶさ」は小惑星イトカワに着陸したあと、燃料漏れで姿勢を崩し、7週間にわたって通信が途絶えました。化学推進の姿勢制御装置を失い、イオンエンジンも劣化が進むなか、壊れていない部分どうしを組み合わせて動かすなどして、予定より3年遅れで地球に戻ります。カプセルの中にあった約1,500個の微粒子を調べた結果、地球に落ちてくる隕石でいちばん多い種類(普通コンドライト)が、この型の小惑星から来ていることが確かめられました。

• 持ち帰った微粒子 約1,500個
• 帰還の遅れ 約3年

関係者・機関: JAXA / Junichiro Kawaguchi (川口淳一郎) / Hitoshi Kuninaka (國中均)

• Hayabusa Asteroid Explorer Powered by Ion Engines on the way to Earth (IEPC-2009-267) — 31st International Electric Propulsion Conference (2009), H. Kuninaka et al.
• Itokawa Dust Particles: A Direct Link Between S-Type Asteroids and Ordinary Chondrites — Science 333(6046), 1113–1116 (2011), T. Nakamura et al.

軌道へ向かったロケットの1段目が、立ったまま戻ってくる

SpaceXのファルコン9は、衛星を打ち上げた帰りの1段目を、噴射しながらケープカナベラルの着陸場に垂直に降ろすことに初めて成功しました。1段目はロケットの費用のもっとも大きな部分なので、これを使い回せれば打ち上げの値段は大きく下がります。NASAのハーレイ・ジョーンズの集計では、低軌道へ1キログラム運ぶ費用は、スペースシャトルの約6万2千ドルに対し、ファルコン9では約2,700ドルでした(2018年のドル換算)。シャトルで果たせなかった「再使用で安く」が、機体をまるごと点検し直さずに済む設計で成り立った形です。

• 低軌道へ1kgあたり シャトル 約6万2千ドル → ファルコン9 約2,700ドル

関係者・機関: SpaceX

注記着陸の日付は出典の論文には明記されていません(SpaceXの発表による)。費用は2018年度のドル換算で、ジョーンズの論文の値を丸めたものです。

• The Recent Large Reduction in Space Launch Cost (ICES-2018-81) — 48th International Conference on Environmental Systems (2018), H. W. Jones, NASA Ames
• Autonomous Precision Landing of Space Rockets — Frontiers of Engineering: Reports on Leading-Edge Engineering from the 2016 Symposium, National Academies Press (2017), L. Blackmore (SpaceX)

DART — 小惑星にぶつけて、軌道を変えられると示す

NASAのDARTは、小惑星ディディモスのまわりを回る直径約150メートルの小さな衛星ディモルフォスに、秒速約6キロメートルで体当たりしました。観測の結果、公転の周期は33分短くなります。ぶつかった勢いだけで予想される変化は7分ほどでしたが、衝突で飛び散った破片の反動が、効果を何倍にも増やしていました。地球に向かってくる小天体の進路を変えるという、それまで計算の上だけにあった防衛手段が、実際に効くことを示した初めての実験です。

• 公転周期の変化 −33.0 ± 1.0分

関係者・機関: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory

• Orbital period change of Dimorphos due to the DART kinetic impact — Nature 616, 448–451 (2023), C. A. Thomas et al.

SLIM — 狙った場所から10メートル以内に降りる

JAXAの小型月着陸実証機SLIMは、月面の画像と手持ちの地図を照らし合わせて自分の位置を割り出しながら降下し、着地直前の段階で目標からのずれを10メートル以下に収めました。それまでの月着陸は、数キロメートル四方のどこかに降りられれば成功という精度でした。最終降下の途中でエンジン1基が壊れたため、機体は目標の約60メートル東に傾いた姿勢で着地しましたが、「降りたい場所に降りる」技術そのものは実証されています。日本は月面に着陸した5番目の国になりました。

• 着陸精度(障害物回避の前) 10 m以下

関係者・機関: JAXA / Shinichiro Sakai (坂井真一郎)

• Moon landing results of SLIM: A smart lander for investigating the Moon — Acta Astronautica 235, 47–54 (2025), S. Sakai et al.
• Outcome for the Smart Lander for Investigating Moon (SLIM)'s Moon Landing — JAXA press release, 25 January 2024

嫦娥6号 — 月の裏側から、初めて石を持ち帰る

中国の嫦娥6号は月の裏側の南極エイトケン盆地に着陸し、1,935.3グラムの試料を地球に持ち帰りました。月の裏側からは地球と直接通信できないため、先に打ち上げておいた中継衛星を介して着陸と採取を行っています。ルナ3号が裏側の写真を撮ってから65年、表と裏がなぜこれほど違うのかを、実物の石で調べられるようになりました。

• 持ち帰った試料 1,935.3 g

関係者・機関: CNSA

注記着陸は2024年6月2日、地球への帰還は6月25日。この項目は帰還の日付で並べています。

• Nature of the lunar far-side samples returned by the Chang'E-6 mission — National Science Review 11(11), nwae328 (2024), C. Li et al.

アルテミスII — 53年ぶりに、人が月の近くへ

NASAのアルテミスIIは、4人の飛行士を乗せたオリオン宇宙船で月の裏側を回って戻る、約10日間の試験飛行を行いました。人が地球の低い軌道より外へ出たのは、1972年のアポロ17号以来です。地球から最も離れたときの距離は約40万6,800キロメートルで、アポロ13号の記録を超えました。乗員にはカナダ宇宙庁の飛行士も加わり、月へ向かう有人飛行が初めて米国人以外を乗せています。月面への着陸は含まれていません。

• 地球から最も離れた距離 約406,800 km
• 飛行期間 約10日

関係者・機関: Reid Wiseman / Victor Glover / Christina Koch / Jeremy Hansen / NASA / CSA

注記打ち上げは米国太平洋時間2026年4月1日、着水は4月10日。

• NASA Welcomes Record-Setting Artemis II Moonfarers Back to Earth — NASA news release, April 2026