スペースシャトルとは？NASAの再使用型宇宙船の定義・構造・歴史

NASAの再使用型宇宙船スペースシャトルの定義・構造・歴史を写真と図でわかりやすく解説。仕組みや代表ミッションも詳述。

スペースシャトルは、アメリカの航空宇宙局（NASA）で使用されていた宇宙船です。スペースシャトルは、宇宙飛行士や貨物を宇宙へ運ぶために使用されました。人工衛星や宇宙ステーションの部品、科学機器などの貨物は、スペースシャトルで宇宙へ運ばれた。何度でも使えるという点で、新しいタイプの宇宙船でした。

スペースシャトルの定義と特徴

スペースシャトルは、地上から打ち上げられ、軌道上で活動した後に滑空して滑走路に着陸するという、部分的に再使用可能な有人宇宙機です。従来の使い捨てロケットとは異なり、主に以下のパートが組み合わさって打ち上げられます。

基本構造（主な構成要素）

• オービター（Orbiter）：乗員室、ペイロードベイ（貨物室）、メインエンジン（SSME）や軌道機動装置（OMS）を備える再使用部。滑空して滑走路に着陸する。
• 外部燃料タンク（External Tank, ET）：液体水素・液体酸素を搭載し、打ち上げ時にオービターのメインエンジンへ推進剤を供給する。再使用されず打ち上げ後に大気圏で破棄される。
• 固体ロケットブースター（Solid Rocket Boosters, SRB）：打ち上げ時の主要推力源の一部を担い、燃焼後に分離して海上で回収・整備され再使用された。
• 熱防護タイル（TPS）：再突入時の高温から機体を守る多数の断熱タイル。これらの損傷が重大事故につながる危険がある。

性能・主な仕様（代表値）

• 最大乗員数：通常は7名まで（ミッションにより変動）
• ペイロード貨物室：長さ約18.3m、直径約4.6mの貨物室に資料・衛星・モジュール等を搭載
• 地球低軌道への最大ペイロード：おおむね約24トン程度（ミッションや軌道による）
• 機体寸法（オービター）：長さ約37m、翼幅約24m（機種により若干差あり）
• 着陸方式：滑空による滑走路着陸（航空機のようにエンジン推力で着陸するのではなく、グライダーに近い）

主なミッションと役割

スペースシャトルは、単なる輸送手段にとどまらず、多様な任務を果たしました。

• 人工衛星の打ち上げと回収、軌道上での整備・修理（例：ハッブル宇宙望遠鏡の点検・修理ミッション）
• 国際宇宙ステーション（ISS）の建設と補給—大型モジュールや構成部品を運搬し、組立を支援
• 科学実験プラットフォーム（例：Spacelab）を用いた微小重力実験や技術実証
• ソビエト／ロシアとの協力（シャトル–Mir計画など）を含む国際協力ミッション
• 軍事関連の秘密任務を含む多様な政府・商業ペイロード輸送

歴史の概要と重要な出来事

• 開発：1970年代に計画・開発が進められ、再利用可能な宇宙輸送システムとして設計された。
• 初飛行：STS-1（スペースシャトル・コロンビア）—1981年4月12日に初飛行。
• チャレンジャー事故（1986年1月28日）：STS-51-Lで発生。固体ロケットブースターのOリング破損が原因で爆発し乗員全員が死亡。これにより運用は一時停止され、安全対策と設計見直しが行われた。
• 復帰と運用継続：1988年に打ち上げが再開され、その後もISS建設や多数の科学ミッションに従事。
• コロンビア事故（2003年2月1日）：STS-107帰還時に機体左翼の熱防護タイルが打撃で損傷し、大気圏再突入中に空力加熱で破壊されて機体分解、乗員全員が死亡。これにより再び運用は停止され、徹底的な調査と安全対策の強化が行われた。
• 退役：事故後の安全対策を経て運用は継続されたが、コストや安全性の観点、次世代計画への移行により2011年7月21日（STS-135、アトランティス）で退役。
• 通算ミッション数：約135回（1981–2011年）

事故と安全性の教訓

スペースシャトル計画は、再使用技術の先駆者である一方で、重大事故を経験し多くの教訓を残しました。主な点は次の通りです。

• 設計の複雑さとメンテナンス負荷：再使用可能な構成は整備や点検が膨大で、飛行間の準備に多大な時間とコストを要した。
• 脆弱な熱防護システム：外部からのデブリ（断片、発泡材など）によるタイル損傷が帰還時の致命的な結果を招くことが示され、運用手順や設計見直しの必要性が明確になった。
• 運用と安全文化の重要性：チャレンジャーやコロンビアの事故調査は、技術だけでなく組織・意思決定プロセスの問題点も指摘した。

退役後の影響と継承

スペースシャトル退役後、NASAは当面の間クルー輸送をロシアのソユーズに依存しましたが、その後は商業宇宙ベンチャー（SpaceXのCrew Dragonなど）や新しい大型輸送システム（SLSやオリオン）へと移行しています。スペースシャトル計画は、多くの技術的知見や宇宙での作業ノウハウ、国際協力の枠組みを残し、現在の宇宙開発（再使用ロケット技術や有人月探査計画等）に影響を与え続けています。

まとめ（評価と遺産）

スペースシャトルは「再使用」を前提とした大型の有人宇宙船として、商業・科学・国際協力の面で多大な貢献をしました。同時に高コスト・高リスクであることが明らかになり、結果的に運用は終了しました。しかし、その技術的成果と失敗から得られた教訓は、現在の再利用ロケット技術や安全設計に活かされており、現代の有人宇宙飛行の基礎を築いた重要な存在です。

スペースシャトルの部品

スペースシャトルは、3つの部品から構成されています。オービター、外部燃料タンク、固体ロケットブースターです。

オービターは、翼と尾翼を持つ大きな飛行機のような形をしていた。これにより、スペースシャトルは滑走路を利用して滑走・着地することができるようになった。そのため、スペースシャトルの再利用可能な部分は非常に大きくなっています。スペースシャトル以前のマーキュリー、ジェミニ、アポロなどの宇宙船は、着陸時にパラシュートを使い、海に着地していました。その便利さから、「シャトルはピックアップトラックに似ている」と言われたこともあります。

シャトルは、地球の重力から宇宙へ向けて、オービター後部の3つのロケットエンジンと2つの白く長い固体ロケットブースター（SRB）の助けによって打ち上げられた。シャトルが軌道に乗る前に、SRBは放出されて大西洋に落下し、再利用のために海岸に曳航された。ETも放出されたが、分解してインド洋に落下し、再利用されなかった。

カーゴベイのアドオン

オービターは、衛星を展開するのではなく、さまざまなミッションのためのペイロードベイを持っていました。それらは次のようなものであった。

• スペースラブ。宇宙での実験に使用される実験室。
• スペースハブスペースラボに似ているが、複数の種類がある。
• Inertial Upper Stage（慣性上段）。より高い軌道にペイロードを送るために使用される上段。
• ペイロード・アシスト・モジュール。IUSと似ているが、固体推進剤を使用する。
• Extended Duration Orbiter（延長期間オービター）。ミッションの期間を延長するために使用される極低温キット。
• Multi-Purpose Logistics Module（多目的ロジスティクスモジュール）。国際宇宙ステーションに貨物を供給するための貨物用コンテナ。
• カナディアームあらゆるミッションに使用されるロボットアーム。

スペースシャトルの図面

スペースシャトル

アメリカのスペースシャトルは

1. コロンビア†。
2. チャレンジャー†」。
3. ディスカバリー
4. アトランティス
5. エンデバー
6. エンタープライズ

名前の横にある「†」は、シャトルが破壊されたことを意味します。

ロシアのシャトルに「ビュラン」というのがありました。引退する前に1回だけ無人飛行をした。ビュランは2002年に格納庫の倒壊で破壊された。

スペースシャトル

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