宇宙探査

宇宙探査とは、天文学と宇宙技術を用いて宇宙空間を探索することです。^[1]現在、宇宙探査は主に天文学者による望遠鏡による探査によって行われていますが、物理的な探査は無人ロボット宇宙探査機と有人宇宙飛行の両方によって行われています。宇宙探査は、その古典的な形態である天文学と同様に、宇宙科学の主要な情報源の1つです。

宇宙にある物体の観測は天文学として知られ、信頼できる記録された歴史よりも古くから行われてきましたが、20世紀半ばに大型で比較的効率的なロケットが開発されたことで、物理的な宇宙探査が現実のものとなりました。宇宙探査の一般的な根拠としては、科学研究の推進、国家の威信、さまざまな国の団結、人類の将来の生存の確保、他国に対する軍事的および戦略的優位性の確立などがあります。^[2]

宇宙探査の初期の時代は、ソ連と米国の間の「宇宙開発競争」によって推進されました。宇宙探査の開始の原動力となったのは冷戦時代でした。核兵器の製造能力が確立された後、防衛/攻撃の物語は陸と空を制御する力に焦点を当てるようになりました。ソ連と米国はどちらも宇宙探査を通じて技術の優位性を証明しようと競い合っていました。実際、NASAが設立された理由はスプートニク1号への対応でした。^[3]

1957年10月4日のソ連のスプートニク1号による人類初の地球周回軌道への打ち上げと、 1969年7月20日のアメリカのアポロ11号による初の月面着陸は、この初期の時代を象徴する出来事とよくみなされる。ソ連の宇宙計画は、1957年の初の生命体による軌道上飛行、1961年の初の有人宇宙飛行（ボストーク1号に乗ったユーリイ・ガガーリン）、1965年3月18日の初の船外活動（アレクセイ・レオーノフ）、1966年の天体への初の自動着陸、1971年の初の宇宙ステーション（サリュート1号）の打ち上げなど、初期のマイルストーンの多くを達成した。最初の20年間の探査の後、焦点は単発の飛行からスペースシャトル計画などの再生可能なハードウェアへ、そして国際宇宙ステーション（ISS） での競争から協力へと移っていった。

2011年3月のSTS-133によるISSの実質的な完成^[4]に伴い、米国の宇宙探査計画は流動的であった。2020年までの月への再訪を目指すコンステレーション計画^{[5]は、2009年の}専門審査委員会の報告書で非現実的であると判断された^{[6]。コンステレーションは最終的に}アルテミス計画に置き換えられ、その最初のミッションは2022年に実施され、アルテミスIIIでの有人着陸が計画されている。^[7]民間宇宙産業の台頭も、民間打ち上げロケット、宇宙カプセル、衛星製造の開発により、2010年代に本格的に始まった。

2000年代には、中国が有人宇宙飛行計画を成功させ、インドはチャンドラヤーン計画を開始した。また、欧州連合と日本も将来の有人宇宙ミッションを計画している。2020年代に勢いを増している2つの主要な世界的計画は、中国主導の国際月研究ステーションと、米国主導のアルテミス計画（月ゲートウェイとアルテミスベースキャンプの建設計画）であり、それぞれ独自の国際パートナーがいる。

最初の望遠鏡は1608年にオランダのハンス・リッペルスハイという眼鏡職人によって発明されたと言われていますが、天文学で初めて使用されたのは1609年のガリレオ・ガリレイです。^[8] 1668年にアイザック・ニュートンは独自の反射望遠鏡を製作しました。これはこの種の最初の完全に機能する望遠鏡であり、以前のガリレオ望遠鏡よりも優れた機能により将来の開発のランドマークとなりました。^[9]

その後数世紀にわたり、太陽系（および太陽系外）における一連の発見が続きました。月の山々、金星の満ち欠け、木星と土星の主な衛星、土星の環、多くの彗星、小惑星、新しい惑星である天王星と海王星、そしてさらに多くの衛星が発見されました。

1968年に打ち上げられた最初の宇宙望遠鏡はオービティング・アストロノミカル・オブザーバトリー2号だったが^[10]、1990年のハッブル宇宙望遠鏡の打ち上げ^[11]が画期的な出来事となった。2022年12月1日現在、5,284個の太陽系外惑星が発見されていることが確認されている。天の川銀河には1000億～4000億個の恒星^[12]と1000億個以上の惑星^[13]が含まれていると推定されている。観測可能な宇宙には少なくとも2兆個の銀河がある。^{[14] [15]} HD1は地球から最も遠い既知の天体であり、334億光年離れていると報告されている。^{[16] [17] [18] [19] [20] [21]}

MW 18014は、1944年6月20日にペーネミュンデのペーネミュンデ陸軍研究所で行われたドイツのV-2ロケットの試験打ち上げである。これは宇宙空間に到達した最初の人工物であり、高度176キロメートル^{[22]に到達した。これは}カルマン線^[23]をはるかに上回る。これは垂直試験打ち上げであった。ロケットは宇宙空間に到達したものの、軌道速度には達しなかったため、衝突して地球に帰還し、初の亜軌道宇宙飛行となった。^[24] 1949年、バンパーWACは高度393キロメートル（244マイル）に到達し、 NASAによると、宇宙空間に入った最初の人工物となった。^[25]

軌道上打ち上げに初めて成功したのは、 1957年10月4日のソ連の無人スプートニク1号（「衛星1号」）ミッションだった。衛星の重量は約83kg（183ポンド）で、高度約250km（160マイル）で地球を周回したと考えられている。衛星には2つの無線送信機（20MHzと40MHz）があり、世界中のラジオで聞くことができる「ビープ音」を発していた。無線信号の分析により電離層の電子密度に関する情報が収集され、温度と圧力のデータは無線ビープ音の長さにエンコードされた。結果から、衛星は流星体によって突き破られていないことがわかった。スプートニク1号はR-7ロケットで打ち上げられ、1958年1月3日の再突入時に燃え尽きた。

人類初の宇宙飛行の成功は、 1961年4月12日、当時27歳のロシア人宇宙飛行士、ユーリ・ガガーリンを乗せたボストーク1号（「東1号」）でした。宇宙船は地球を1周し、約1時間48分かかりました。ガガーリンの飛行は世界中に衝撃を与えました。それはソ連の先進的な宇宙計画の実証であり、宇宙探査における全く新しい時代、すなわち人類の宇宙飛行の幕開けとなりました。

他の天体に到達した最初の人工物は、1959年に月に到達したルナ2号でした。 ^[26]他の天体への最初の軟着陸は、 1966年2月3日に月面に着陸したルナ9号によって行われました。 ^[27]ルナ10号は、1966年4月3日に月周回軌道に入り、月の最初の人工衛星となりました。^[28]

他の天体への最初の有人着陸は、 1969 年 7 月 20 日のアポロ 11 号による月面着陸でした。1969年から 1972 年の最後の有人着陸まで、 合計 6 機の宇宙船が人類を月面に着陸させました。

最初の惑星間フライバイは1961年のベネラ1号による金星フライバイであったが、1962年のマリナー2号はデータを返した最初の金星フライバイであった（最接近34,773キロメートル）。パイオニア6号は、1965年12月16日に打ち上げられ、太陽を周回した最初の衛星であった。他の惑星は、1965年にマリナー4号が火星を、1973年にパイオニア10号が木星を、1974年にマリナー10号が水星を、1979年にパイオニア11号が土星を、1986年にボイジャー2号が天王星を、1989年にボイジャー2号が海王星をそれぞれ通過した。2015年には、準惑星ケレスと冥王星をそれぞれドーンが周回し、ニューホライズンズが通過した。これは、太陽系の8つの惑星、太陽、月、そしてケレスと冥王星（認められている5つの準惑星のうちの2つ） のそれぞれへの接近通過を意味します。

他の惑星から少なくとも限られた表面データを返した最初の惑星間表面ミッションは、1970年のベネラ7号の着陸であり、金星から23分間データを地球に返しました。1975年、ベネラ9号は他の惑星の表面から画像を返す最初の探査機となり、金星の画像を送りました。1971年、火星3号ミッションは火星への最初の軟着陸を達成し、約20秒間のデータを送りました。その後、はるかに長期間の表面ミッションが達成され、1975年から1982年までのバイキング1号による6年間を超える火星表面活動や、1982年のベネラ13号による金星表面からの2時間を超える通信は、ソ連の惑星表面ミッションとしては最長でした。金星と火星は、人類が無人ロボット宇宙船で表面ミッションを実施した地球外の2つの惑星です。

サリュート1号は、 1971年4月19日にソ連によって低地球軌道に打ち上げられた、世界初の宇宙ステーションでした。国際宇宙ステーション（ISS）は、現在完全に機能している2つの宇宙ステーションのうち最大かつ最古のもので、2000年以来継続的に人が居住しています。もう1つの中国が建設した天宮宇宙ステーションは、現在完全に人が居住し、運用されています。

ボイジャー1号は2012年8月25日に太陽系を離れて恒星間空間に最初の人工物となった。探査機は121AUのヘリオポーズを通過して恒星間空間に進出した。 ^[29]

アポロ13号は、月面から254キロメートル（158マイル、137海里）の高度で月の裏側を通過し、地球から400,171キロメートル（248,655マイル）の距離に到達し、1970年に人類が地球から最も遠くまで旅した記録を樹立した。

2022年11月26日現在、ボイジャー1号は地球から159AU（238億km）の距離にありました。^[30]これは地球から最も遠い人工物です。^[31][update]

20 世紀半ばから、探査機、そして有人探査機が地球の軌道に、そして月へと送られました。また、既知の太陽系全体と太陽の軌道にも探査機が送られました。21 世紀までに、無人宇宙船が土星、木星、火星、金星、水星の軌道に送り込まれ、最も遠くまで飛行した宇宙船であるボイジャー 1 号と2 号は、地球と太陽の距離の 100 倍以上を旅しました。ただし、搭載された機器は十分であったため、太陽の太陽圏 (太陽の太陽風によって銀河系に作られた一種の粒子の泡) を離れたと考えられています。

太陽は宇宙探査の主要な焦点です。特に大気圏と地球の磁場の上にあるため、地表に届かない太陽風や赤外線、紫外線を受けることができます。太陽は宇宙天気のほとんどを発生させ、地球上の発電・送電システムに影響を与え、衛星や宇宙探査機に干渉し、損傷を与えることもあります。アポロ望遠鏡マウントに始まり、太陽観測専用の宇宙船が数多く打ち上げられてきましたが、太陽観測を副次的な目的とした宇宙船もあります。 2018年に打ち上げられたパーカー・ソーラー・プローブは、水星の軌道の9分の1以内に太陽に接近します。

水星は、地球型惑星の中で最も探査が進んでいない。2013年5月現在、水星を詳細に観測したミッションは、マリナー10号とメッセンジャーの2つだけである。メッセンジャーは、1975年にマリナー10号が行った観測をさらに調査するため、2011年3月に水星の周回軌道に入った（Munsell、2006b）。2025年に到着予定の水星への3回目のミッションであるベピコロンボには、2機の探査機が含まれる。ベピコロンボは、日本と欧州宇宙機関の共同ミッションである。メッセンジャーとベピコロンボは、マリナー10号のフライバイで発見された多くの謎を科学者が解明するのに役立つ補完的なデータを収集することを目的としています。

太陽系内の他の惑星への飛行は、宇宙船の速度の純変化、すなわちデルタ vで表されるエネルギーコストで達成されます。水星に到達するためのデルタ v が比較的高く、太陽に近いため、水星の探査は難しく、その周りの軌道はかなり不安定です。

金星は、惑星間フライバイおよび着陸機ミッションの最初のターゲットであり、太陽系で最も過酷な表面環境の1つであるにもかかわらず、太陽系の他のどの惑星よりも多くの着陸機（ほぼすべてソ連製）が送られてきました。最初のフライバイは1961年の ベネラ1号でしたが、1962年の マリナー2号 がデータを正常に返送した最初のフライバイでした。マリナー2号に続いて、複数の宇宙機関によるフライバイが数回行われましたが、これは多くの場合、他の天体に向かう途中で重力アシストを提供する金星フライバイを使用するミッションの一環として行われました。1967年、ベネラ4号は金星の大気圏に突入し、直接調査した最初の探査機となりました。1970年、ベネラ7号は金星の表面に到達した最初の着陸機となり、1985年までにさらに8機のソ連の金星着陸機が成功し、画像やその他の直接的な表面データを提供しました。 1975年にソ連の探査機ベネラ9号が打ち上げられて以来、約10回の探査ミッションが金星に成功しており、その中には、レーダーを使って金星の大気圏を突き破り、 金星の表面の地図を作成することができた後のミッションも含まれている。

宇宙探査は、地球を天体として理解するための手段として使用されてきました。軌道ミッションは、純粋に地上ベースの基準点からは取得が困難または不可能な地球に関するデータを提供することができます。

例えば、ヴァン・アレン放射線帯の存在は、米国初の人工衛星エクスプローラー1号によって発見されるまで知られていなかった。これらの帯には地球の磁場によって閉じ込められた放射線が含まれており、現在では高度1000kmを超える居住可能な宇宙ステーションの建設は非現実的である。この予期せぬ早期発見を受けて、宇宙からの視点で地球を調査することに特化した地球観測衛星が多数配備された。これらの衛星は、地球上のさまざまな現象の理解に大きく貢献している。例えば、オゾン層のホールは地球の大気を調査していた人工衛星によって発見され、衛星によって、他の方法では特定が困難または不可能だった考古学的な遺跡や地層の発見が可能になった。

月は宇宙探査の対象となった最初の天体です。月は、宇宙船が飛行し、周回軌道に乗り、着陸した最初の遠隔天体であり、人類が訪れた唯一の遠隔天体であるという特徴を持っています。

1959年、ソ連は人類がこれまで見たことのない月の裏側の画像を初めて入手した。米国の月探査は1962年のレンジャー4号衝突探査機から始まった。1966年以降、ソ連は月面から直接データを取得できる多数の着陸機を月に派遣することに成功し、そのわずか4か月後にはサーベイヤー1号が米国の着陸機シリーズのデビューを飾った。ソ連の無人ミッションは1970年代初頭のルノホート計画で最高潮に達した。この計画には初の無人探査車が含まれ、また研究のために月の土壌サンプルを地球に持ち帰ることにも成功した。これは地球外土壌サンプルを地球に自動的に持ち帰った初の（そして現在まで唯一の）例となった。無人による月の探査は、さまざまな国が定期的に月周回衛星を派遣することで続いている。中国の嫦娥4号は2019年に、嫦娥6号は2024年にそれぞれ世界初の月の裏側への着陸とサンプルの持ち帰りを達成した。インドのチャンドラヤーン3号は2023年に世界初の月の南極地域 への着陸を達成した。

有人月探査は、1968年にアポロ8号が月周回に成功したことで始まりました。これは、人類が初めて地球外物体を周回した例です。1969年、アポロ11号のミッションは、人類が初めて別の世界に足を踏み入れた例となりました。有人月探査は長くは続きませんでした。1972年のアポロ17号のミッションは、6回目の着陸であり、最も最近の人類の訪問でした。アルテミス2号は、2025年に有人月面フライバイを完了する予定であり、アルテミス3号は、アポロ17号以来初の月面着陸を行い、2026年より早くは打ち上げられる予定です。ロボットミッションは、今でも精力的に行われています。

火星探査は、ソ連（後のロシア）、米国、欧州、日本、インドの宇宙探査計画の重要な部分を占めてきた。 1960年代以降、火星に向けて、周回衛星、着陸船、探査機など数十機のロボット宇宙船が打ち上げられてきた。これらのミッションは、現在の状況に関するデータを収集し、火星の歴史に関する疑問に答えることを目的としていた。科学界が提起した疑問は、赤い惑星に対する理解を深めるだけでなく、地球の過去、そして将来の可能性に対するさらなる洞察をもたらすことが期待されている。

火星探査には相当な費用がかかり、火星に向かう予定だった宇宙船のおよそ3分の2がミッションを完了する前に失敗し、中には出発前に失敗したものもある。このような高い失敗率は、惑星間旅行に伴う複雑さと変数の多さに起因すると考えられ、研究者たちは火星探査機を餌とする銀河の大グール^{[32]について冗談交じりに話している。この現象は非公式に「}火星の呪い」としても知られている。^[33]火星探査の全体的な高い失敗率とは対照的に、インドは初の試みで成功を収めた最初の国となった。インドの火星探査ミッション（MOM）^{[34] [35] [36]}は、これまでに行われた惑星間ミッションの中で最も安価なものの1つであり、総費用は約45億ルピー（7,300万米ドル）である。^{[37] [38]}アラブ諸国による初の火星探査ミッションはアラブ首長国連邦によって遂行された。エミレーツ火星ミッションと呼ばれるこのミッションは2020年7月19日に打ち上げられ、2021年2月9日に火星の周回軌道に乗った。無人探査機は「ホープ・プローブ」と名付けられ、火星の大気を詳細に調査するために送られた。^[39]

2011年11月9日に打ち上げられたロシアの宇宙ミッション「フォボス・グルント」は故障し、低地球軌道に取り残された。^{[40]このミッションは}フォボスと火星周回軌道の探査を開始し、火星の衛星、少なくともフォボスが火星へ向かう宇宙船の「積み替え地点」になり得るかどうかを調査することになっていた。^[41]

宇宙旅行の発明までは、小惑星帯の物体はどんなに大型の望遠鏡でも点状の光にしか見えず、その形状や地形は謎のままだった。現在までにいくつかの小惑星が探査機によって訪問されているが、その最初の探査機はガリレオで、 1991年に951 ガスプラ、続いて1993年に243 アイダの2つの小惑星を通過した。これらは両方ともガリレオが計画した木星への軌道に十分近かったため、許容できるコストで訪問することができた。小惑星への最初の着陸は、 2000年にNEARシューメーカー探査機によって、 433 エロスの軌道調査の後に行われた。3大小惑星のうちの2つである準惑星ケレスと小惑星ベスタには、2007年に打ち上げられたNASAのドーン宇宙船が訪れた。

はやぶさは、宇宙航空研究開発機構が開発したロボット宇宙船で、地球近傍小惑星25143 イトカワから採取した物質のサンプルを地球に持ち帰り、さらに分析を行うために開発されました。はやぶさは 2003 年 5 月 9 日に打ち上げられ、2005 年 9 月中旬にイトカワとランデブーしました。イトカワに到着した後、はやぶさは小惑星の形状、自転、地形、色、組成、密度、履歴を調査しました。2005 年 11 月、はやぶさはサンプルを収集するために 2 回小惑星に着陸しました。宇宙船は 2010 年 6 月 13 日に地球に帰還しました。

1973 年以来、木星の探査は、NASA の無人宇宙船が木星を訪問するのみで行われてきました。ミッションの大部分は「フライバイ」で、パイオニアやボイジャー計画のように、探査機が着陸したり軌道に入ったりすることなく詳細な観測が行われます。ガリレオとジュノーの宇宙船は、木星の軌道に入った唯一の宇宙船です。木星は比較的小さな岩石の核しか持たず、実際の固体表面はないと考えられているため、着陸ミッションは不可能です。

地球から木星に到達するには9.2km/sのデルタvが必要であり^[42] 、これは低地球軌道に到達するために必要な9.7km/sのデルタvに匹敵します。^[43]幸いなことに、惑星フライバイによる重力アシストを利用することで、飛行時間が大幅に長くなるという犠牲はあるものの、木星に到達するために打ち上げ時に必要なエネルギーを削減することができます。^[42]

木星には 95 個の衛星が知られていますが、その多くについては比較的情報があまり知られていません。

土星の探査は、NASA が打ち上げた無人宇宙船によってのみ行われてきました。これには、他の宇宙機関と協力して計画され実行された1 つのミッション (カッシーニ - ホイヘンス) が含まれます。これらのミッションは、1979 年のパイオニア 11 号によるフライバイ、1980 年のボイジャー 1号によるフライバイ、1982 年のボイジャー 2 号によるフライバイ、および 2004 年から 2017 年まで続いたカッシーニ宇宙船による軌道ミッションで構成されています。

土星には少なくとも62の衛星があることが知られているが、土星の環は多数の独立して周回する様々な大きさの物体で構成されているため、正確な数は議論の余地がある。最大の衛星はタイタンで、太陽系で唯一、地球よりも密度が高く厚い大気を持つ衛星という特徴がある。タイタンは、カッシーニ宇宙船によって打ち上げられた着陸機ホイヘンス探査機によって探査された太陽系外縁部で唯一の天体という特徴がある。

天王星の探査はボイジャー2号宇宙船によってのみ行われ、現在他の訪問は計画されていない。97.77 °の軸傾斜と、極地が長時間日光や暗闇にさらされることを考えると、科学者たちは天王星で何が起こるか確信が持てなかった。天王星への最接近は1986年1月24日に起こった。ボイジャー2号は、惑星の独特の大気と磁気圏を調査した。ボイジャー2号はまた、その環系と、これまで知られていた5つの衛星すべてを含む天王星の衛星を調査し、さらにこれまで知られていなかった10の衛星を発見した。

天王星の画像は均一な外観をしており、木星や土星に見られるような劇的な嵐や大気帯の証拠は見当たりませんでした。この惑星の画像でいくつかの雲を特定するだけでも大変な努力が必要でした。しかし、天王星の磁気圏は、惑星の異常な軸の傾きの影響を強く受けており、独特であることが判明しました。天王星自体の平凡な外観とは対照的に、天王星の衛星の印象的な画像が得られ、ミランダが異常に地質学的に活発であったことを示す証拠も得られました。

海王星の探査は、1989年8月25日のボイジャー2号のフライバイから始まり、2024年現在、このシステムへの唯一の訪問となっている。海王星探査機の可能性は議論されてきたが、他のミッションは真剣に検討されていない。

1986年のボイジャー2号の訪問時に天王星が極めて均一な外観だったことから、海王星にも目に見える大気現象はほとんどないと予想されていたが、探査機は海王星に明らかな縞模様、目に見える雲、オーロラ、さらには木星の大赤斑に匹敵する大きさの目立つ高気圧嵐のシステムがあることを発見した。海王星はまた、太陽系のどの惑星よりも速い風速を持つことが証明され、その最高速度は2,100 km/hに達した。^[44]ボイジャー2号は海王星の環と衛星システムも調査した。海王星の周りには900個の完全な環と追加の部分的な環の「弧」が発見された。海王星のこれまで知られていた3つの衛星の調査に加えて、ボイジャー2号はこれまで知られていなかった5つの衛星も発見し、そのうちの1つであるプロテウスは、このシステムで最後に大きな衛星であることが判明した。ボイジャー2号のデータは、海王星の最大の衛星トリトンが捕獲されたカイパーベルト天体であるという見解を裏付けた。^[45]

準惑星の冥王星は、地球からの距離が遠く（妥当な移動時間には高速が必要）、質量が小さい（現時点では軌道への捕捉が困難）ため、宇宙船にとって大きな課題となっている。ボイジャー1号は冥王星を訪問することもできたが、管制官は土星の衛星タイタンの近くを通過することを選択したため、冥王星の通過と矛盾する軌道となった。ボイジャー2号は冥王星に到達できる妥当な軌道をたどることはなかった。^[46]

激しい政治的争いの末、2003年にニューホライズンズと名付けられた冥王星探査ミッションに米国政府から資金提供が認められた。 ^[47] ニューホライズンズは2006年1月19日に打ち上げに成功した。2007年初頭、ニューホライズンズは木星の重力アシストを利用した。冥王星への最接近は2015年7月14日であり、冥王星の科学的観測は最接近の5か月前に始まり、接近後16日間続いた。

ニューホライズンズミッションは2019年にカイパーベルトにある小さな微惑星アロコスのフライバイも行いました。これはニューホライズンズにとって初の長期ミッションでした。 ^[48]

地球からは数多くの彗星が研究され、時には何世紀にもわたる観測が行われてきたが、接近して観測された彗星はほんのわずかである。1985年、国際彗星探査機が最初の彗星フライバイ（21P/ジャコビニ・ツィナー）を実施し、その後、有名な彗星を研究するハレー艦隊に加わった。ディープインパクト探査機は、9P/テンペル彗星に衝突してその構造と組成についてさらに詳しく調べ、スターダスト計画は別の彗星の尾のサンプルを持ち帰った。フィラエ着陸機は、より広範なロゼッタ計画の一環として、2014年にチュリュモフ・ゲラシメンコ彗星への着陸に成功した。

深宇宙探査は、天文学、宇宙航行学、宇宙技術の分野であり、宇宙空間の遠い領域の探査に関係しています。^{[49]宇宙の物理的な探査は}、有人宇宙飛行（深宇宙宇宙航行学）とロボット宇宙船の両方によって行われています。

将来の深宇宙エンジン技術の最有力候補としては、反物質、原子力、ビーム推進などが挙げられる。^[50]ビーム推進は、既知の物理学と他の目的のために開発されている既知の技術を使用するため、現在利用可能な深宇宙探査に最適な候補であると思われる。^[51]

ブレークスルー・スターショットは、ブレークスルー・イニシアティブによる研究・エンジニアリング・プロジェクトであり、スターチップという名の軽帆宇宙船の概念実証艦隊を開発し、^{[52] 4.37}光年離れたアルファ・ケンタウリ恒星系への旅を可能にすることを目指している。2016年にユーリ・ミルナー、スティーヴン・ホーキング、マーク・ザッカーバーグによって設立された。^{[53] [54]}

科学雑誌「ネイチャー」の記事では、小惑星を宇宙探査の入り口として利用し、最終目的地を火星にするという提案がなされている。このアプローチを実現するには、3 つの要件を満たす必要がある。まず、「宇宙飛行士が訪問するのに適した近隣の天体を何千個も見つけるための徹底的な小惑星調査」、次に、「飛行時間と距離を火星まで拡大し続ける範囲まで延長」、最後に、「宇宙飛行士が小惑星の大きさ、形状、回転に関係なく探査できるように、より優れたロボット車両とツールを開発」である。さらに、小惑星を利用することで、宇宙飛行士は銀河宇宙線から保護され、ミッション クルーは放射線被曝の大きなリスクなしに小惑星に着陸できる。

アルテミス計画は、NASA、米国の商業宇宙飛行会社、ESAなどの国際パートナーによって実施されている進行中の有人宇宙飛行計画であり、^[55]「最初の女性と次の男性」を月面、特に月の南極地域に着陸させることを目標としています。アルテミスは、月面での持続可能な存在を確立し、民間企業が月面経済を構築するための基盤を築き、最終的には人類を火星に送るという長期目標に向けた次のステップとなるでしょう。

2017年、宇宙政策指令1により月探査キャンペーンが承認され、オリオン、ルナ・ゲートウェイ、商業月面ペイロード・サービスなどの進行中のさまざまな宇宙船プログラムが使用され、未開発の有人着陸船が追加された。スペース・ローンチ・システムはオリオンの主な打ち上げロケットとして機能し、商業打ち上げロケットはキャンペーンの他の要素の打ち上げに使用される予定である。^[56] NASAは2020会計年度のアルテミス計画に16億ドルの追加資金を要求し^[57] 、米国上院歳出委員会はNASAに5年間の予算プロファイルを要求した^[58] 。これは米国議会による評価と承認に必要である。^{[59] [60]} 2024年現在、最初のアルテミス・ミッションは2022年に打ち上げられ、2番目のミッションである有人月面フライバイは2025年に計画されている。^{[61] [62]最初のCLPS着陸船は2024年に着陸し、}アポロ17号以来の米国の宇宙船の着陸となった。^[63]

NASAやロスコスモスなどの国家宇宙探査機関によって行われる研究は、支持者が政府の支出を正当化する理由の1つです。NASAプログラムの経済分析では、NASAスピンオフなどの継続的な経済的利益がしばしば示され、プログラム費用の何倍もの収益を生み出しています。^[64]また、宇宙探査は他の惑星、特に数十億ドル相当の鉱物や金属を含む小惑星の資源の抽出につながるとも主張されています。そのような探検は多額の収益を生み出す可能性があります。^[65]さらに、宇宙探査プログラムは若者に科学や工学を学ぶ意欲を与えるとも主張されています。^[66]宇宙探査はまた、科学者に他の環境で実験を行う能力を与え、人類の知識を拡大します。^[67]

もう一つの主張は、宇宙探査は人類にとって必要不可欠であり、地球に留まることは最終的に絶滅につながるというものである。その理由としては、天然資源の不足、彗星、核戦争、世界的な疫病などが挙げられる。著名な英国の理論物理学者であるスティーブン・ホーキングは、「人類が宇宙に進出しない限り、次の千年は生き残れないだろう。単一の惑星上の生命に起こり得る事故は多すぎる。しかし私は楽観主義者だ。我々は星々に手を伸ばすだろう」と述べた。^[68]作家アーサー・C・クラーク（1950年）は、ノンフィクションの半技術論文「惑星間飛行」の中で、人類による宇宙探査の動機の概要を示した。^[69]彼は、人類の選択は基本的に、地球から宇宙への拡大と、文化的（そして最終的には生物学的）停滞と死のどちらかであると主張した。

これらの動機は、NASA の最初のロケット科学者の一人であるヴェルナー・フォン・ブラウンと、人類が地球外へ移住するという彼のビジョンに起因すると考えられます。この計画の基礎は次のとおりでした。

衛星、動物、人間を宇宙に送り込むことができる多段式ロケットを開発する。

宇宙へのアクセスを日常的かつ費用対効果の高い方法で地球軌道に人間と機器を運ぶことができる、大型の有翼再利用可能な宇宙船の開発。

地球を観測し、深宇宙探査機を打ち上げるためのプラットフォームとして使用される、恒久的に居住可能な大型宇宙ステーションの建設。

月の探査と恒久的な月面基地の設立を目的として、月を周回する初の有人飛行を開始し、人類初の月面着陸につなげました。

人類を火星に送り、最終的にその惑星を植民地化する目的で、地球軌道上で宇宙船を組み立て、燃料を補給する。^[70]

フォン・ブラウン・パラダイムとして知られるこの計画は、人類を宇宙探査に導くために策定された。フォン・ブラウンの有人宇宙探査のビジョンは、21世紀に入っても宇宙探査の取り組みのモデルとなり、NASAはこのアプローチをほとんどのプロジェクトに取り入れた。^[70]アポロ計画が月に到達してからスペースシャトル計画が開始され、国際宇宙ステーションの完成に使用されたことからもわかるように、手順は順不同であった。フォン・ブラウンのパラダイムは、人類が宇宙の果てを発見するという希望を抱くNASAの有人探査への推進力を形成した。

NASAは宇宙探査の概念を支持する公共広告ビデオシリーズを制作した。^[71]

全体的に、米国民は有人宇宙探査と無人宇宙探査の両方を依然として大部分支持している。2003年7月に実施されたAP通信の世論調査によると、米国民の71%が宇宙計画は「良い投資」であるという意見に同意し、同意しなかった人は21%だった。^[72]

宇宙擁護と宇宙政策^{[73]では、探査は}人間の本性であると頻繁に言及されている。^[74]

宇宙飛行とは、宇宙技術を利用して宇宙船を宇宙空間に 飛行させることです。

宇宙飛行は宇宙探査に利用されるほか、宇宙観光や衛星通信などの商業活動にも利用されています。宇宙飛行のその他の非商業的用途には、宇宙観測所、偵察衛星、その他の地球観測衛星などがあります。

宇宙飛行は通常、ロケットの打ち上げから始まります。ロケットは、重力に打ち勝つための最初の推力を提供し、宇宙船を地球の表面から押し出します。宇宙空間に入った後の宇宙船の動きは、推進されていないときも推進されているときも、天体力学と呼ばれる研究分野で扱われます。宇宙船の中には、無期限に宇宙空間に留まるものもあれば、大気圏再突入時に分解するもの、また惑星や月の表面に到達して着陸または衝突するものなどがあります。

衛星はさまざまな目的で使用されます。一般的な種類には、軍事（スパイ）および民間の地球観測衛星、通信衛星、航法衛星、気象衛星、研究衛星などがあります。宇宙ステーションや軌道上の有人宇宙船も衛星です。

宇宙の商業化は、NASA や他の宇宙機関による民間衛星の打ち上げから始まりました。現在の商業衛星による宇宙利用の例としては、衛星ナビゲーション システム、衛星テレビ、衛星通信 (インターネット サービスなど)、衛星ラジオなどがあります。宇宙の商業化の次のステップは、有人宇宙飛行であると考えられていました。NASA とロシアにとって、人間を安全に宇宙へ、そして宇宙から宇宙へ飛ばすことは日常的なものとなっていました。^[75]再利用可能な宇宙船は、まったく新しいエンジニアリングの課題であり、スタートレックや宇宙戦争などの小説や映画でしか見られなかったものです。宇宙飛行士のバズ・オルドリンは、スペース シャトルのような再利用可能な乗り物の使用を支持しました。オルドリンは、再利用可能な宇宙船が宇宙旅行を手頃な価格にするための鍵であると主張し、「乗客による宇宙旅行は、再利用可能な打ち上げ機の開発を正当化するのに十分な巨大な潜在的市場である」と述べました。^[76] 宇宙観光は、宇宙の商業化における再利用可能な乗り物の使用の次のステップです。この形式の宇宙旅行の目的は、個人的な楽しみです。

SpaceXやBlue Originなどの民間宇宙飛行会社や、Axiom SpaceやBigelow Commercial Space Stationなどの商業宇宙ステーションは、宇宙探査のコストと全体的な状況を変えており、近い将来もその変化が続くと予想されています。

宇宙生物学は、天文学、生物学、地質学の側面を組み合わせた、宇宙の生命に関する学際的な研究である。 ^{[77]主に生命の}起源、分布、進化の研究に焦点を当てている。宇宙生物学（ギリシャ語：έξω、exo、「外」に由来）としても知られている。 ^{[78] [79] [80]}「異星生物学」という用語も使用されているが、これは技術的に正しくない。なぜなら、その用語は「異星人の生物学」を意味するからである。^[81]宇宙生物学者は、地球上で発見された生命とは化学的に完全に異なる生命の可能性も考慮しなければならない。^[82]太陽系では、現在または過去に宇宙生物学が行われた主要な場所のいくつかは、エンケラドゥス、エウロパ、火星、タイタンである。^[83]

現在まで、人類が宇宙に滞在した期間の最長期間は国際宇宙ステーションで、24年38日間継続して使用されています。ミール宇宙ステーションに搭乗したヴァレリー・ポリャコフ氏の約438日間という単独宇宙飛行の記録は、未だに破られていません。宇宙が健康に与える影響は、航空宇宙医学の分野で行われた長年の研究を通じて十分に文書化されています。この研究では、宇宙旅行で経験するものに似たアナログ環境（深海潜水艦など）を使用して、隔離と極限環境の関係をさらに探究してきました。^[84]ベースラインからの逸脱は、ミッションの完全性と乗組員の安全を損なう可能性があるため、乗組員の健康を維持することが不可欠であり、そのため、宇宙飛行士は、ミッションに着手する前に厳格な健康診断と検査に耐えなければなりません。しかし、宇宙飛行の環境ダイナミクスが人体に影響を与え始めるのにそれほど時間はかかりません。例えば、宇宙酔い（SMS）は神経前庭系に影響を及ぼし、めまい、眩暈、疲労、吐き気、見当識障害などの軽度から重度の兆候や症状を引き起こす症状で、軌道上での最初の数日間でほぼすべての宇宙飛行士を悩ませます。^[84]宇宙旅行は、退職後に書かれた逸話的な文章に描写されているように、乗組員の精神にも影響を及ぼす可能性があります。宇宙旅行は、体の自然な生物時計（概日リズム）、睡眠パ​​ターンによる睡眠不足と疲労、社会的交流に悪影響を及ぼす可能性があります。その結果、低軌道（LEO）環境に長時間滞在すると、精神的および肉体的な疲労につながる可能性があります。^[84]宇宙での長期滞在では、低重力による骨と筋肉の損失、免疫系の抑制、視力の問題、放射線被曝の問題が明らかになります。重力がないと体液が上方に上昇し、眼圧が上昇して視力の問題が発生する可能性があります。骨のミネラルと密度の低下、心血管機能の低下、持久力と筋肉量の減少などが起こる。^[85]

放射線は目に見えず、がんを引き起こす可能性があるため、宇宙飛行士にとって陰険な健康被害をもたらす。地球の磁場の上にある宇宙船は太陽の放射線から保護されなくなり、深宇宙では放射線の危険性はさらに強くなる。放射線の危険性は、宇宙船の防護シールド、警報、線量測定によって軽減できる。^[86]

幸いなことに、急速に進化する新しい技術の進歩により、ミッションコントロールの職員は遠隔医療を使用して宇宙飛行士の健康をより詳細に監視することができます。宇宙飛行の生理学的影響を完全に回避することはできないかもしれませんが、その影響を軽減することはできます。たとえば、国際宇宙ステーション（ISS）などの宇宙船に搭載されている医療システムは、無重力と無重力の影響を打ち消すように十分に装備および設計されています。機内のトレッドミルは、筋肉の減少を防ぎ、早期骨粗しょう症を発症するリスクを軽減するのに役立ちます。^{[84] [86]}さらに、ISSの各ミッションには乗組員の医療責任者が任命され、テキサス州ヒューストンにあるISSミッションコントロールセンターを通じて航空医官が24時間365日対応しています。^[86]やり取りはリアルタイムで行われることになっていますが、宇宙船と地上の乗組員の間の通信は、宇宙船が低地球軌道からさらに離れると互いの距離が長くなるため、最大20分^[86]遅れることがあります。このため、地上の乗組員は数百マイル離れているため、宇宙船上で発生する可能性のあるあらゆる医療上の緊急事態に対応できるよう、乗組員は訓練を受け、準備しておく必要があります。

宇宙の継続的な探査と植民地化に関する過去および現在の多くの概念は、他の惑星、特に火星への「踏み石」として月に戻ることに焦点を当てています。2006年末、NASAは2024年までに継続的に存在する恒久的な月面基地を建設する計画を発表しました。^[87]

宇宙での生活をより広範囲に広げる技術的要因以外にも、私有財産の欠如、つまり宇宙での財産権を確立できない、または確立するのが難しいことが、人間の居住用宇宙の開発の障害になっていると言われている。20世紀後半の宇宙技術の出現以来、宇宙での財産の所有権は曖昧で、賛否両論が激しく交わされてきた。特に、宇宙空間および天体における国家による 領有権の主張は、2012年の時点ですべての宇宙活動国によって批准されている宇宙条約によって明確に禁止されている。^[88]宇宙植民地化は、宇宙入植地や宇宙人間化とも呼ばれ、地球外の場所、特に月や火星などの天然衛星や惑星に、大量の現地資源を利用して、人間が恒久的に自律的に居住することである。 ^[update]

宇宙への人類の参加と代表は、宇宙探査の第一段階からずっと問題となってきた。^[89]宇宙開発を行っていない国の権利の一部は、主に国際宇宙法を通じて確保されてきた。国際宇宙法では、宇宙を「全人類の領域」と宣言し、宇宙飛行をその資源とみなしているが、全人類による宇宙の共有は、帝国主義的で不十分であると批判されている。 ^{[89]国際的な包摂に加えて、女性や}有色人種の包摂も欠如している。より包括的な宇宙飛行を実現するために、近年、 ジャストスペースアライアンス^[89]やIAUが提唱するインクルーシブ天文学^[90]などの組織が設立されている。

宇宙に行った最初の女性はワレンチナ・テレシコワでした。彼女は1963年に飛行しましたが、1980年代まで別の女性が再び宇宙に行くことはありませんでした。当時、すべての宇宙飛行士は軍のテストパイロットである必要があり、女性はこの職業に就くことができませんでした。これが、女性の宇宙飛行士への参加が遅れた理由の1つです。^[要出典]規則が変更された後、スベトラーナ・サビツカヤが宇宙に行った2人目の女性になりました。彼女もソ連出身です。サリー・ライドは宇宙に行った次の女性であり、米国のプログラムを通じて宇宙に飛んだ最初の女性になりました。

それ以来、11カ国が女性宇宙飛行士の受け入れを認めている。クリスティーナ・コッホとジェシカ・メイヤーを含む女性だけの初の宇宙遊泳は2018年に行われた。2人は以前にもNASAの宇宙遊泳に参加していた。女性初の月行きは2026年に予定されている。

こうした進展にもかかわらず、宇宙飛行士、特に宇宙飛行士の間で女性の割合は低い。潜在的な応募者がプログラムに参加できず、参加できる宇宙ミッションが制限される問題には、次のようなものがある。

• 宇宙機関は、研究されていないがんのリスクがさらに存在する可能性があるとして、女性の宇宙滞在時間を男性の半分に制限している。^[91]
• 女性宇宙飛行士に適した​​サイズの宇宙服が不足している。^[92]

宇宙での、あるいは宇宙から生まれる芸術作品は、信号、ユーリイ・ガガーリンの宇宙での自撮り写真や「ブルー・マーブル」の画像のような素材の捕捉と配置、宇宙飛行士で芸術家のアレクセイ・レオーノフによる宇宙初の絵画、国際宇宙ステーション（ISS）内でのクリス・ハドフィールドの「スペース・オディティ」のカバーのようなミュージックビデオ、そして月のような天体への恒久的なインスタレーションまで多岐にわたります。

• 太陽系の発見と探査
• 宇宙船の推進
• 有人宇宙船のリスト
• 火星へのミッションのリスト
• 外惑星へのミッションのリスト
• 地球外天体への着陸リスト
• 宇宙飛行記録一覧

• 惑星間汚染

• 宇宙文明の構築、2019年5月22日アーカイブ、Wayback Machine
• 宇宙探査、宇宙生物学、太陽系外惑星、ニュースの年表。2020年9月29日、Wayback Machineにアーカイブされました。
• 宇宙関連ニュース
• 宇宙探査ネットワーク
• NASAの有人宇宙旅行に関するウェブサイト
• NASA の宇宙探査技術に関するウェブサイト。2023 年 7 月 13 日にWayback Machineにアーカイブされました。
• 「アメリカの宇宙計画：新たなフロンティアの探究」、国立公園局の歴史的場所を使った教育（TwHP）のレッスン プラン
• ソ連・ロシア宇宙飛行の歴史写真アーカイブ
• 史上最高の宇宙写真 21 枚。2010 年 12 月 27 日にWayback Machineにアーカイブ – Life Magazineのスライドショー
• 「星空観察者から宇宙船まで」は、宇宙飛行、天文学、関連する物理学を網羅した広範な教育ウェブサイトとコースです。
• 私たちは探検家です、NASA プロモーションビデオ (プレスリリース。2021 年 1 月 26 日にWayback Machineにアーカイブ)
• 宇宙技術と衛星技術の最近の進歩 2024年。Wayback Machineで 2024年2月7日にアーカイブされました。