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ソユーズ（ロシア語: Союз、IPA: [ sɐˈjus ]、直訳:「連合」 ）は、1960年代から運用されている一連の宇宙船で、140回以上の飛行実績があります。ソ連の宇宙計画のためにコロリョフ設計局（現在のエネルギア）によって設計されました。ソユーズはボスホート宇宙船の後継機であり、元々はソ連の有人月探査計画の一環として建造されました。カザフスタンのバイコヌール宇宙基地から、同名のソユーズロケットに搭載されて打ち上げられます。
ソビエト連邦崩壊後も、ロシア宇宙庁（ロスコスモス）はソユーズの開発と運用を継続した。スペースシャトルが2011年に退役してからスペースX社のクルードラゴンが2020年にデビューするまでの間、ソユーズは国際宇宙ステーションへの有人輸送手段として唯一の役割を果たし、現在もその役割を担い続けている。ソユーズの設計は、中国の神舟やロシアのプログレス補給船など、他の宇宙船にも影響を与えている。
ソユーズ宇宙船は、3つの主要部分から構成される使い捨て宇宙船です。降下モジュールは、宇宙飛行士が打ち上げ時と再突入時に搭乗する場所です。軌道モジュールは、軌道上での居住空間と収納スペースを提供しますが、再突入前に切り離されます。推進力と電力供給を担うサービスモジュールも、再突入前に切り離されます。安全性と空力特性を高めるため、宇宙船は打ち上げ時に脱出システムを備えたフェアリングで覆われます。
最初のソユーズミッションであるコスモス133号は、1966年11月28日に無人で打ち上げられた。最初の有人ソユーズミッションであるソユーズ1号は、1967年4月23日に打ち上げられたが、1967年4月24日に再突入時にパラシュートが開かず、宇宙飛行士ウラジーミル・コマロフが死亡するという悲劇的な結末を迎えた。次の飛行であるソユーズ2号は無人だった。ソユーズ3号は1968年10月26日に打ち上げられ、この計画初の有人ミッションとして成功した。ソユーズ11号では、再突入時の船内減圧により乗組員全員が死亡するという、この計画にとってまたしても致命的な挫折があった。これらは、宇宙空間の境界の一般的な定義であるカーマン線より上で死亡したことが知られている唯一の人間である。 [ 1 ]
こうした初期の悲劇にもかかわらず、ソユーズは最も安全で費用対効果の高い有人宇宙飛行機の1つとしての評価を獲得しており、その比類なき運用実績によってその遺産が築かれています。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]この宇宙船は、サリュート宇宙ステーション、ミール宇宙ステーション、国際宇宙ステーション（ISS）への宇宙飛行士の主要な輸送手段として使用されてきました。
ソユーズ宇宙船は、発射台に立った状態で上から下へ、主に3つの部分から構成されています。
軌道モジュールとサービスモジュールは再突入時に廃棄され、破壊されます。この設計上の選択は、一見無駄に思えますが、必要な耐熱シールドの量を最小限に抑えることで宇宙船の重量を軽減します。その結果、ソユーズはアポロ宇宙船（6.3 m 3、220 cu ft ）に比べて居住可能な内部空間（ 7.5 立方メートル、260 立方フィート）が広くなっています。再突入モジュールは地球に帰還しますが、再利用はできません。各ミッションごとに新しいソユーズ宇宙船が製造されます。[ 6 ]
ソユーズは最大3名の乗組員を乗せることができ、約30人日分の生命維持装置を設置できる。
ペイロードフェアリングは打ち上げ時にソユーズ宇宙船を保護し、飛行初期に切り離される。自動ドッキングシステムを搭載したこの宇宙船は、自律飛行または手動制御で運用できる。
ボストーク宇宙船は、低高度での打ち上げ失敗時や再突入時に宇宙飛行士を脱出させるために射出座席を使用していたが、高度が低すぎてパラシュートが展開しない離陸後最初の 20 秒間は効果がない可能性が高かった。 マーキュリー LES に触発され、ソ連の設計者は 1962 年に同様のシステムの開発に着手した。これには、さまざまな打ち上げロケットのパラメータを監視し、ブースターの不具合が発生した場合に中止をトリガーする複雑なセンシング システムの開発が含まれていた。長年にわたるR-7打ち上げのデータに基づいて、技術者はロケットの最も可能性の高い故障モードのリストを作成し、中止条件をストラップオン ブースターの早期分離、エンジンの推力低下、燃焼室圧力の喪失、またはブースター誘導の喪失に絞り込むことができた。宇宙船の緊急脱出システム（SAS、ロシア語: Система Аварийного Спасения 、ローマ字表記: Sistema Avariynogo Spaseniya）は地上から手動で起動することもできたが、アメリカの宇宙船とは異なり、宇宙飛行士自身が起動する方法はなかった。
ペイロードシュラウド全体をソユーズサービスモジュールからきれいに分離することはほぼ不可能であることが判明したため、緊急脱出時にシュラウドをサービスモジュールと降下モジュールの間で分割するという決定がなされた。上昇中の空力安定性を向上させるために、4つの折りたたみ式安定板が追加された。SASの2回の試験運転は1966年から1967年にかけて行われた。[ 7 ]
SASの基本設計は50 年間ほとんど変わっておらず、すべてのソユーズ打ち上げに搭載されている。唯一の変更は1972年で、再設計されたソユーズ7K-T宇宙船が追加の生命維持装置を搭載していたため、軽量化のためにSASモーターノズル上の空力フェアリングが取り外された。無人プログレス補給船にはダミーの脱出塔があり、ペイロードシュラウドから安定翼が取り外されている。有人ソユーズ機の打ち上げ失敗は3回ある。 1975年のソユーズ18a、1983年のソユーズT-10a 、そして2018年10月のソユーズMS-10である。1975年の失敗は脱出塔の投棄後に中止された。1983年には、ソユーズT-10aのSASが発射台でのロケットの火災と爆発から宇宙飛行士を救出した。[ 8 ]ごく最近では、2018年にソユーズMS-10のペイロードシュラウド内のSASサブシステムが、脱出タワーがすでに切り離された後、打ち上げから2 分45 秒後にロケットの故障から宇宙飛行士を救出することに成功した。
宇宙船の前部は軌道モジュール（ロシア語: бытовой отсек 、ローマ字表記: bytovoi otsek）で、居住セクションとも呼ばれます。このモジュールには、実験装置、カメラ、貨物など、再突入時に必要のないすべての機器が収容されています。また、トイレ、ドッキング用アビオニクス、通信機器も備えています。内部容積は6 m 3 (210 cu ft)、居住空間は5 m 3 (180 cu ft)です。後のソユーズのバージョン（ソユーズTM 以降）では、乗員が前方を視認できるように小さな窓が導入されました。
軌道モジュールと降下モジュールの間のハッチは、必要に応じてエアロックとして機能させるために閉じることができ、乗組員は側面のポート（降下モジュールの近く）からも脱出できます。発射台では、乗組員はこのポートから宇宙船に入ります。この分離により、生命維持に不可欠な降下モジュールへのリスクを軽減しながら、軌道モジュールをミッションに合わせてカスタマイズすることもできます。微小重力環境における姿勢の慣習は降下モジュールとは異なり、乗組員はドッキングポートに頭を向けて立ったり座ったりします。また、軌道モジュールがあるため、発射台上またはSASシステム使用時の乗組員の救助は複雑になります。
軌道モジュールの分離は安全な着陸に不可欠です。軌道モジュールが分離されないと、乗組員が降下モジュールでの着陸を生き延びることは不可能です。これは、軌道モジュールが降下モジュールのパラシュートの適切な展開を妨げ、余分な質量がメインパラシュートとブレーキエンジンの能力を超え、安全な軟着陸速度を確保できないためです。このため、1980年代後半までは、帰還エンジンの点火前に軌道モジュールが分離されていました。これにより、降下モジュールが再突入軌道に入る前に、降下モジュールと軌道モジュールが確実に分離されることが保証されていました。しかし、1988年9月のソユーズTM-5の着陸事故を受けてこの手順は変更され、現在では軌道モジュールは帰還マニューバ後に分離されています。この変更は、TM-5の乗組員が 軌道モジュールを切り離した後、24時間もの間、軌道離脱ができなかったことを受けて行われた。軌道モジュールには、衛生設備とミール宇宙ステーションへのドッキングに必要なドッキングカラーが搭載されていた。軌道モジュールを分離できないリスクは、軌道離脱に失敗した際に、トイレを含むモジュール内の設備が必要になるリスクよりも低いと判断された。
降下モジュール（ロシア語: Спуска́емый Аппара́т 、ローマ字表記: spuskáyemy apparát）は、再突入カプセルとも呼ばれ、打ち上げと地球への帰還に使用されます。降下モジュールの半分は、再突入時に保護するために耐熱カバーで覆われており、この半分は再突入時に前方を向いています。最初は大気によって減速され、次にブレーキパラシュートによって減速され、最後にメインパラシュートによって着陸のために機体が減速されます。地上から1メートルの高度で、耐熱シールドの後ろに取り付けられた固体燃料ブレーキエンジンが点火され、軟着陸が行われます。降下モジュールの設計要件の1つは、可能な限り高い体積効率（内部容積を船体面積で割った値）を持つことでした。これには、ボストーク宇宙船の降下モジュールが使用した ような球形が最適ですが、そのような形状では揚力が得られず、純粋な弾道再突入となります。弾道再突入は減速が大きいため乗員に負担がかかり、最初の軌道離脱噴射以降は操縦できません。そのため、ソユーズが使用する「ヘッドライト」形状、つまり半球状の上部領域がわずかに角度のついた（7度）円錐形部分で古典的な球形部分の耐熱シールドに接続されている形状を採用することにしました。この形状では、重量配分が不均等なため、わずかな揚力が発生します。このニックネームは、ほとんどすべてのヘッドライトが円形だった時代に考え出されました。降下モジュールの寸法が小さいため、ソユーズ11号の乗員の死亡後、乗員は2名のみとなりました。後のソユーズT宇宙船はこの問題を解決しました。ソユーズSAの内部容積は4 m 3 (140 cu ft)です。乗組員の居住スペースとして使用可能な面積は2.5立方メートル（88立方フィート）です。
わずかに円錐形の側壁にある熱保護システムは、軌道上で微小隕石からの保護も提供するために、構造体から離して設置されている。[ 9 ] 底部にあるわずかに湾曲した耐熱シールドは、「厚さ21mmから28mmのアブレーション材（ガラスフェノール複合材）で構成されており、ブラケットによって厚さ3.5mmのアルミニウムAMg-6基板から約15mm離れた位置に保持されている。耐熱シールドのアブレーション材とアルミニウム基板の間の隙間には、VIM低密度シリカ繊維断熱材（厚さ8mm）が収容されている。」[ 9 ]
機体の後部にはサービスモジュール（ロシア語: прибо́рно-агрега́тный отсе́к 、ローマ字表記: pribórno-agregátny otsék）があります。このモジュールには、温度制御、電力供給、長距離無線通信、無線テレメトリ、姿勢制御のための機器を収容する、膨らんだ缶のような形状の加圧容器（計器室、 priborniy otsek ）があります。サービスモジュールの非加圧部分（推進室、agregatniy otsek ）には、軌道上での操縦と地球への降下開始のために、N 2 O 4とUDMHを使用する液体燃料推進システムとメインエンジンが収容されています。[ 10 ]船には、姿勢制御用の低推力エンジンシステムも搭載されており、中間区画（ペレホドノイ・オツェク）に取り付けられている。サービスモジュールの外側には、姿勢制御システムのセンサーと、船を回転させることで太陽の方向に向けられる太陽電池アレイがある。ソユーズ5号、ソユーズTMA-10号、ソユーズTMA-11号では、サービスモジュールと再突入モジュールの分離が不完全だったため緊急事態が発生し、再突入時の姿勢が誤っていた（乗員の乗降ハッチが先になった）。後の2回の飛行では、複数の爆発ボルトの故障により、サービスモジュールと再突入モジュールの接続が切断されなかった。
ソユーズ宇宙船は、1970年代の米国アポロ司令船・機械船と同様の方法で軌道離脱を行う。宇宙船はエンジンを前方（逆向き）に向け、計画着陸地点の手前、地球の裏側でメインエンジンを噴射して軌道離脱を行う。これにより、再突入に必要な推進剤を最小限に抑えることができる。宇宙船は楕円形のホーマン遷移軌道を描いて大気圏突入点まで移動し、そこで大気抵抗によって減速され、軌道から離脱する。
初期のソユーズ宇宙船では、サービスモジュールと軌道モジュールが降下モジュールから同時に分離されました。これらはチューブと電気ケーブルで降下モジュールに接続されているため、分離が容易になり、降下モジュールの向きが変わるのを防ぐことができました。後のソユーズ宇宙船では、メインエンジンの噴射前に軌道モジュールを分離することで、推進剤を節約しました。ソユーズTM-5の着陸問題以降、軌道モジュールは再び再突入噴射後にのみ分離されるようになりましたが、これはソユーズTMA-10とTMA-11の緊急事態につながりました（原因ではありませんでしたが） 。軌道モジュールは、宇宙ステーションの追加物として軌道上にとどまることはできません。軌道モジュールと再突入モジュールの間のエアロックハッチは再突入モジュールの一部であり、そのため軌道モジュールは分離後に減圧されます。
再突入時の噴射は通常、地球の「夜明け側」で行われる。これは、宇宙船が地球の影から抜け出し、夕暮れ時に太陽に照らされて降下する様子を回収ヘリコプターが視認できるようにするためである。ソユーズ宇宙船は陸上に着陸するように設計されており、通常は中央アジアのカザフスタンの砂漠地帯に着陸する。これは、初期の米国有人宇宙船や現在のスペースX社のクルードラゴンが海に着水するのとは対照的である。
ソユーズ宇宙船は1960年代初頭から絶えず進化を続けてきた。そのため、様々なバージョン、提案、プロジェクトが存在する。
セルゲイ・コロリョフは当初、ソユーズABV月周回複合体（7K-9K-11K ）（ L1としても知られる）構想を推進した。この構想では、2人乗りのソユーズ7K宇宙船が地球軌道上で他の構成要素（9Kと11K）とランデブーして月探査機を組み立て、構成要素は実績のあるR-7ロケットによって運ばれる。
有人ソユーズ宇宙船は、設計世代によって分類できる。ソユーズ1号からソユーズ11号（1967年～1971年）は第1世代の宇宙船で、宇宙服を着用せずに最大3名の乗員を乗せることができ、曲がった太陽電池パネルと、特殊なレーダーアンテナを必要とするイグラ自動ドッキング航法システムの使用によって、後続の宇宙船と区別された。この第1世代には、オリジナルのソユーズ7K-OKと、サリュート1号宇宙ステーションとのドッキング用のソユーズ7K-OKSが含まれる。プローブ・アンド・ドローグ・ドッキングシステムにより、宇宙飛行士をソユーズからステーションへ内部移送することが可能になった。
ソユーズ7K-L1 は、地球から月周回軌道へ乗員を乗せて打ち上げるために設計され、ソ連の月周回飛行の主要な希望でした。 1967年から1970年にかけてのゾンド計画で数回の試験飛行(ゾンド 4からゾンド 8 ) が行われましたが、7K-L1 の再突入システムに複数の不具合が発生しました。残りの 7K-L1 は廃棄されました。ソユーズ 7K-L3はソユーズ 7K-L1 と並行して設計および開発されましたが、これも廃棄されました。ソユーズ 1 号は技術的な問題に悩まされ、宇宙飛行士ウラジーミル・コマロフは地球への帰還中に宇宙船が墜落した際に死亡しました。これは宇宙飛行史上初の飛行中の死亡事故でした。
ソユーズの次期有人型はソユーズ7K-OKSでした。これは宇宙ステーションへの飛行用に設計され、宇宙船間で内部移動を可能にするドッキングポートを備えていました。ソユーズ7K-OKSは1971年に2回の有人飛行を行いました。2回目の飛行であるソユーズ11号は、大気圏再突入時に減圧し、3人の乗組員全員が死亡しました。
ソユーズ フェリーまたはソユーズ 7K-Tと呼ばれる第 2 世代は、ソユーズ 12 号からソユーズ 40 号(1973 年～1981 年) で構成されていました。太陽電池アレイは搭載されていませんでした。太陽電池パネルの代わりに、2 本の細長いアンテナが設置されました。これは、過去数年間に研究された軍事用ソユーズの概念から開発され、ソコル宇宙服を着た 2 人の宇宙飛行士を運ぶことができました (ソユーズ 11 号の事故後)。いくつかのモデルが計画されましたが、実際に宇宙を飛行したものはありませんでした。これらのバージョンは、ソユーズ P、ソユーズ PPK、ソユーズ R、ソユーズ 7K-VI、およびソユーズ OIS (軌道研究ステーション) と名付けられました。
ソユーズ7K-T/A9型は、軍事宇宙ステーション「アルマーズ」への飛行に使用された。
ソユーズ7K-TMは、1975年のアポロ・ソユーズテスト計画で使用された宇宙船であり、ソユーズ宇宙船とアポロ司令船・機械船の最初で唯一のドッキングが実現した。また、1976年には地球科学ミッションであるソユーズ22号にも使用された。ソユーズ7K-TMは、第三世代宇宙船への技術的な架け橋としての役割を果たした。
第3世代のソユーズT宇宙船（「T」は「輸送」を意味するロシア語: транспортный 、ローマ字表記: transportnyi）は、再び太陽電池パネルを搭載し、より長期間のミッションが可能になったほか、改良されたイグラランデブーシステムと、サービスモジュールに新しい姿勢制御スラスタシステムが搭載された。乗員は3名で、宇宙服を着用した。1976年から1986年まで使用された。
第4世代のソユーズTM宇宙船（「M」は「改良型」を意味する。ロシア語: модифицированный 、ローマ字表記: modifitsirovannyi ）は、1986年から2002年まで、ミール宇宙ステーションと国際宇宙ステーション（ISS）への輸送飛行に使用された。
ソユーズTMA宇宙船は、「A」が「人体計測」（ロシア語: антропометрический 、ローマ字表記: antropometricheskii ）を意味し、国際宇宙ステーション（ISS）への物資輸送のためにNASAが要求した要件を満たすためにいくつかの変更が加えられており、乗員の身長と体重の許容範囲の拡大やパラシュートシステムの改良などが含まれていた。また、デジタル制御技術を搭載した初の使い捨て宇宙船でもあった。ソユーズTMAは外観はソユーズTM宇宙船と同一であったが、内部は調整可能な乗員用ソファーを新設することで、より背の高い乗員にも対応できるように改良されていた。
ソユーズTMA-Mはソユーズ TMA の改良型で、新しいコンピューター、デジタルインテリアディスプレイ、更新されたドッキング装置を使用し、機体の総質量は 70 キログラム削減されました。この新バージョンは、ISS 25 次期長期滞在クルーを乗せたソユーズ TMA-01Mの打ち上げにより、 2010 年 10 月 7 日にデビューしました。[ 12 ]
ソユーズTMA-08Mミッションは、宇宙ステーションとの有人ドッキングの最速記録を樹立した。このミッションでは、1986年以来2日間かかっていた従来のソユーズ打ち上げよりも速い、6時間のランデブーが採用された。[ 13 ]
ソユーズMSは、ソユーズ宇宙船の最終計画アップグレードです。「MS」は「近代化されたシステム」の略で、主に通信および航法サブシステムに焦点を当てたアップグレードを反映しています。初飛行は2016年7月のソユーズMS-01ミッションでした。[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]
主な変更点としては、新しいクルス-NAランデブーシステム、衛星航法、再配置された姿勢制御スラスタ、改良されたドッキング機構、再利用可能なブラックボックス、電力システムの改善、追加の微小流星体保護、およびデジタルカメラシステムなどが挙げられる。[ 17 ]
無人宇宙船プログレス補給船はソユーズ宇宙船をベースとしており、宇宙ステーションへの物資補給に使用される。
1995年、中国はロシアと宇宙技術取得に関する協定を締結した。この協定には、ソユーズ宇宙船、生命維持システム、ドッキングシステム、宇宙服の移転が含まれていた。中国はこの装備を活用して独自の神舟宇宙船を開発した。神舟はソユーズの直接の派生ではないが、協力関係のおかげで、ソユーズの宇宙船から重要な技術と設計要素を取り入れている。[ 18 ]
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ウィキソースにあるMir Hardware Heritageの全文