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宇宙デブリ（宇宙ゴミ、宇宙汚染[ 1 ] 、宇宙廃棄物、宇宙ごみ、宇宙ゴミ、または宇宙デブリ[ 2 ]とも呼ばれる）は、宇宙空間、主に地球軌道上にある、もはや有用な機能を果たしていない人工物である。これには、放棄された宇宙船（機能していない宇宙船と放棄されたロケットの段）、ミッション関連のデブリ、放棄されたロケット本体や宇宙船の分解による破片デブリが含まれる。軌道上に残された放棄された人工物に加えて、宇宙デブリには、崩壊、侵食、または衝突による破片、宇宙船から排出された固化した液体、固体ロケットモーターからの未燃焼粒子、さらには塗料の破片も含まれる。宇宙デブリは宇宙船にとってリスクとなる。[ 3 ]
宇宙デブリは一般的に負の外部性である。それは、地球近傍軌道で宇宙船を打ち上げたり使用したりする最初の行動から他者に外部コストを生み出すが、そのコストは通常、打ち上げ者やペイロード所有者によって考慮されず、完全に計上されない[ 4 ] [ 5 ] 。 [ 6 ] [ 1 ] [ 7 ]
有人・無人を問わず、複数の宇宙船が宇宙デブリによって損傷または破壊されている。デブリの測定、軽減、および除去の可能性については、宇宙産業の一部の関係者が実施している。[ 8 ]
2025年4月現在 欧州宇宙機関の宇宙環境統計によると、地球上空の軌道上にある人工物体は40,230個あり、宇宙監視ネットワークによって定期的に追跡され、そのカタログに記録されている。[ 8 ]
しかし、これらは追跡可能な大きさで、かつ追跡が可能な軌道にある物体に限った話である。コスモス・オコシリーズのようなモルニヤ軌道にある衛星デブリは、北半球の上空が高すぎて追跡できない可能性がある。[ 9 ] 2019年1月現在地球の周回軌道上には、 1 cm (0.4インチ)未満のデブリが 1 億 2800 万個以上、1 ～ 10 cm のデブリが約 90 万個、 10 cm (3.9インチ)を超えるデブリが約 3 万 4000 個存在すると推定されている。 [ 8 ]人工宇宙デブリの最小の物体 (塗料の破片、固体ロケットの排気粒子など) が微小隕石とグループ化される場合、宇宙機関はそれらをまとめてMMOD (微小隕石および軌道デブリ)と呼ぶことがある。
宇宙船にとって、デブリとの衝突は危険となっている。最も小さな物体でも、特に太陽電池パネルや望遠鏡や星追跡装置などの光学機器は弾道シールドで容易に保護できないため、サンドブラストに似た損傷を与える。[ 10 ]
2,000 km (1,200 mi)より下では、デブリの密度は流星物質よりも高い。そのほとんどは固体ロケットモーターからの塵、塗料の破片のような表面侵食デブリ、ソ連の原子力衛星からの凍結冷却材である。[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]比較のために、国際宇宙ステーション(ISS) は300～400 キロメートル (190～250 mi)の範囲を周回しているが、最近の 2 つの大きなデブリ事象、2007 年の中国の対衛星兵器実験と2009 年の衛星衝突は、 800～900 キロメートル (500～560 mi)の高度で発生した。[ 14 ] ISS には、小さな MMOD による損傷に耐えるためのウィップルシールドがある。ただし、衝突確率が 1/10,000 を超える既知のデブリは、ステーションの姿勢制御によって回避される。
2025年1月に発表された報告書によると、科学者たちは、航空機と地球の大気圏に再突入する宇宙ゴミの量がともに増加していることから、航空機と宇宙ゴミの衝突を避けるために、空域をより頻繁に閉鎖することへの警戒を促している。 [ 15 ] 2025年1月16日にスペースXのスターシップ7便が爆発するという破壊的な出来事の後、米国連邦航空局（FAA）は、デブリが落下している地域の航空交通を減速させた。これにより、デブリ対応区域の外で待機していた複数の航空機が燃料レベルの低下を理由にダイバートを要請した。[ 16 ]
宇宙ゴミは、1957年10月に最初の人工衛星スプートニク1号が軌道に打ち上げられたことで地球軌道に蓄積し始めました。しかし、この出来事以前にも、1957年8月のパスカルB実験のように、人間が宇宙ゴミとなる噴出物を生み出していた可能性があります。[ 17 ] [ 18 ]例えば、1957年には、地球からの脱出速度、ひいては地球外の宇宙空間に初めて到達しようとした試みが失敗に終わった可能性が高いものの、エアロビー打ち上げシステムから意図的に宇宙ゴミが放出されました。[ 19 ] [ 20 ]さらに遡ると、地球からの自然噴出物が軌道に入りました。
スプートニクの打ち上げ後、北米航空宇宙防衛司令部（NORAD）は、衛星、保護シールド、ロケットの上段など、既知のすべてのロケット打ち上げと軌道に到達した物体のデータベース（宇宙物体カタログ）の作成を開始しました。NASAは後に、このデータベースの修正版を2行要素セットで公開し[ 21 ]、1980年代初頭からCelesTrak掲示板システムで再公開されました[ 22 ]。
データベースに情報を提供していたNORADの追跡担当者は、軌道上の他の物体を認識しており、その多くは軌道上爆発の結果であった。[ 23 ] 1960年代の対衛星兵器（ASAT）実験中に意図的に引き起こされたものもあれば、残った推進剤が膨張してタンクが破裂し、ロケットの段が軌道上で爆発した結果のものもあった。軌道の進化と減衰のモデリングを改善するために、ギャバード図を含む、より詳細なデータベースと追跡システムが徐々に開発された。[ 24 ] [ 25 ]
1970年代にNORADのデータベースが一般公開されると、小惑星帯のために開発された技術が、既知の人工衛星の研究に応用された。
時間と自然の重力/大気の影響は宇宙デブリの除去に役立ちます。さまざまな技術的アプローチも提案されていますが、ほとんどは実装されていません。多くの学者は、政治、法律、経済、文化といった体系的な要因が地球近傍宇宙の清掃の最大の障害となっていると指摘しています。関連するコストはデブリを発生させた主体には発生しないため、宇宙デブリを削減する商業的なインセンティブはほとんどありません。むしろ、そのコストは宇宙技術と知識から恩恵を受ける宇宙環境のすべての利用者にかかります。宇宙デブリ削減のインセンティブを高めるための提案がいくつかなされています。これらは、企業が既存の政府の義務よりも積極的にデブリを削減することの経済的利益を認識するように促すでしょう。[ 26 ] 1979年、NASAは地球軌道上の宇宙デブリの緩和策を研究するために軌道デブリプログラムを設立しました。[ 27 ] [ 28 ]
1980年代、NASAやその他の米国のグループは、宇宙ゴミの増加を抑制しようと試みた。1981年にマクドネル・ダグラス社は、デルタロケットでブースターをペイロードから離し、タンクに残っている推進剤を排出するという試験的な解決策を実施した。[ 29 ]これにより、以前はタンクの爆発と軌道上のデブリの増加を引き起こしていたタンク内の圧力上昇の原因の1つが排除された。[ 30 ]他の国々はこの対策の採用が遅く、特にソ連による多数の打ち上げにより、この問題は10年間を通して拡大した。[ 31 ]
NASA、NORADなどが軌道環境をよりよく理解しようと試みた結果、新たな研究が次々と行われ、臨界質量領域にあるデブリの数をそれぞれ上方修正した。1981年（シェフターの論文が発表された年）には物体の数は5,000個と推定されていたが[ 23 ] 、地上設置型電気光学深宇宙監視システムの新しい検出器によって新たな物体が発見された。1990年代後半には、打ち上げられた28,000個の物体のほとんどがすでに崩壊し、約8,500個が軌道上に残っていると考えられていた[ 32 ] 。 2005年には、軌道上に残っている物体の数は13,000個に上方修正され[ 33 ]、2006年の研究ではASATと衛星の衝突の結果、その数は19,000個に増加した。[ 34 ] 2011年、NASAは22,000個の物体が追跡されていると述べた。[ 35 ]
2006年のNASAのモデルでは、新たな打ち上げが行われなければ、環境は当時知られていた個体数を約2055年まで維持し、その後自然に増加すると示唆した。[ 36 ] [ 37 ]英国国防評価研究局のリチャード・クロウザーは2002年に、連鎖反応は約2015年に始まると考えていると述べた。[ 38 ]米国科学アカデミーは専門家の見解を要約し、LEO空間の2つの帯域（ 900～1,000 kmと1,500 km ）がすでに臨界密度を超えているという点で広く合意されていると指摘した。[ 39 ]
2009年のCEAS欧州航空宇宙会議で、サウサンプトン大学の研究者ヒュー・ルイスは、宇宙ゴミによる脅威は今後10年間で50％増加し、今後50年間で4倍になると予測した。2009年現在毎週13,000件以上のニアミスが追跡された。[ 40 ]
2011年の米国国家研究評議会の報告書は、軌道上の宇宙ゴミの量が危機的なレベルに達しているとNASAに警告した。いくつかのコンピューターモデルによると、宇宙ゴミの量は「転換点に達しており、現在軌道上にあるゴミの量が継続的に衝突してさらに多くのゴミを生み出し、宇宙船の故障のリスクを高めている」という。報告書は、ゴミを制限する国際的な規制と廃棄方法の研究を求めた。[ 41 ]
2019年1月現在1 cm (0.39インチ)未満の破片は 1 億 2800 万個以上、1 ～ 10 cm の破片は約 90 万個と推定されている。大型破片 (直径 10 cm 以上と定義される[ 48 ] ) の数は、2019 年に 34,000 個[ 8 ]、2023 年 6 月までに少なくとも 37,000 個[ 49 ]であった。技術的な測定のカットオフ値は約3 mm (0.12インチ)である[ 50 ]。
2020年現在軌道上には8,000メートルトンのデブリが存在し、この数字は増加すると予想されている。[ 51 ]
地球に最も近い軌道、つまり軌道高度が2,000 km (1,200マイル)未満の低地球軌道 (LEO) では、従来、特定のリングに多数の宇宙機を保持する「ユニバーサル軌道」はほとんどありませんでした ( 500 を超える衛星が広く使用している単一の軌道であるGEOとは対照的です)。現在、LEO (低地球軌道) には 85% の衛星汚染があります。これは 2019 年に変わり始め、いくつかの企業が衛星インターネットコンステレーションの初期段階を展開し始めました。これは、軌道面と高度ごとに 30 ～ 50 個の衛星を持つ LEO の多数のユニバーサル軌道を持つことになります。従来、最も衛星密度の高い LEO 軌道は、太陽と軌道面の間の角度を一定に保つ太陽同期衛星の数であり、一定の太陽角度と照明により地球の観測が容易になります。太陽同期軌道は極軌道であり、極域を横断します。LEO衛星は多くの軌道面を周回し、通常は1日に最大15回周回するため、物体同士が頻繁に接近します。LEOでは、稼働中の衛星と放棄された衛星の両方の密度がはるかに高くなっています。[ 52 ]
軌道は重力摂動（LEOでは、惑星の密度の変動による地球の重力場の不均一性を含む）の影響を受け、衝突はあらゆる方向から発生する可能性があります。低地球軌道での衝突の平均衝突速度は10 km/sですが、軌道離心率により 最大で14 km/sを超えることがあります。[ 53 ] 2009年の衛星衝突は、 11.7 km/s（26,000 mph）の接近速度で発生し、[ 54 ] 2,000を超える大きな破片が生成されました。[ 55 ]これらの破片は他の多くの軌道を横切り、破片衝突のリスクを高めます。
宇宙船の衝突が十分に大きい場合、連鎖反応を引き起こしたり、特定の低地球軌道を周回衛星による長期使用に事実上使用できなくしたりする可能性があると理論づけられており、これはケスラー症候群として知られる現象である。[ 56 ]理論的な効果は、衝突の理論的な暴走連鎖反応として予測されており、低地球軌道の宇宙デブリの数と密度を指数関数的に増加させ、ある臨界密度を超えると発生すると仮説が立てられている。[ 57 ]
有人宇宙ミッションは主に高度400km （250マイル）以下で行われ、そこでは空気抵抗が破片の除去に役立ちます。上層大気は特定の軌道高度で一定の密度ではなく、大気潮汐の結果として変化し、宇宙天気の結果として長期間にわたって膨張または収縮します。[ 58 ]これらの長期的な影響は低高度での空気抵抗を増加させる可能性があり、1990年代の膨張はデブリ密度の低下の一因となりました。[ 59 ]もう一つの要因は、ロシアによる打ち上げ回数の減少です。ソビエト連邦は打ち上げのほとんどを1970年代と1980年代に行いました。[ 60 ] : 7
高度が高く空気抵抗が少ないため、軌道の減衰には時間がかかります。わずかな大気抵抗、月の摂動、地球の重力摂動、太陽風、太陽放射圧によって、デブリは徐々に低高度（そこで減衰する）に運ばれますが、非常に高い高度では、これには数世紀かかる可能性があります。[ 61 ]高高度軌道は低軌道ほど一般的ではなく、問題の発生も遅いですが、数値はより速く臨界閾値に向かって進みます。[ 62 ]
多くの通信衛星は静止軌道（GEO）にあり、特定の目標の上空に集まり、同じ軌道経路を共有しています。GEO物体間の速度は低いですが、衛星が（テルスター401のように）使用不能になると、静止同期軌道に移行します。軌道傾斜角は約0.8°増加し、速度は年間約160 km/h（99 mph）増加します。衝突速度は最大で約1.5 km/s（0.93 mi/s）に達します。軌道摂動により、使用不能になった宇宙船の経度ドリフトと軌道面の歳差運動が発生します。接近（50メートル以内）は年間1回と推定されています。[ 63 ]衝突による破片は、LEOでの衝突よりも短期的なリスクは低いですが、衛星は使用不能になる可能性が高いです。太陽光発電衛星などの大型物体は、特に衝突に対して脆弱です。[ 64 ]
ITUは現在、衛星が寿命の終わりに軌道スロットから移動できるという証明を要求しているが、研究によるとこれは不十分である。 [ 65 ] GEO軌道は1メートル（3フィート3インチ）以下の物体を正確に測定するには遠すぎるため、問題の性質はよくわかっていない。[ 66 ]衛星をGEOの空きスポットに移動させると、操縦が少なくなり、将来の動きを予測しやすくなる。[ 67 ]他の軌道、特に静止遷移軌道に取り残された衛星やブースターは、通常、横断速度が高いため、追加の懸念事項である。
リスクを軽減するための努力にもかかわらず、宇宙船の衝突は発生している。欧州宇宙機関の通信衛星オリンパス1号は1993年8月11日に流星体と衝突し、最終的に墓場軌道に移動した。[ 68 ] 2006年3月29日、ロシアの通信衛星エクスプレスAM11号は未知の物体と衝突し、動作不能になった。[ 69 ]技術者たちは衛星との十分な通信時間を確保し、墓場軌道に移動させた。
1958年、米国はヴァンガード1号を中軌道（MEO）に打ち上げた。2009年10月現在 ヴァンガード1号の打ち上げロケットの上段とそれに付随する破片は、軌道上に現存する最古の人工宇宙物体であり、2250年以降も軌道上に留まると予想されている。[ 72 ] [ 73 ] 2022年5月現在 憂慮する科学者同盟は、NORADが追跡している既知の27,000個の軌道デブリのうち、5,465個の運用中の衛星をリストアップした。[ 74 ] [ 75 ]
衛星は、もはや役に立たなくなった後も軌道上に残されることがある。多くの国では、衛星の寿命が尽きた後に不活性化処理を行うことを義務付けている。その後、衛星はより高い墓場軌道か、より低い短期軌道に押し上げられる。しかしながら、適切に高軌道に移動された衛星でも、50年間で8%の確率で穴が開いて冷却材が放出される。冷却材は固体のナトリウムカリウム合金の液滴に凍結し、さらに多くのデブリが発生する。[ 11 ] [ 76 ]
パッシベーション処理が行われているにもかかわらず、あるいは標準化される以前に、多くの衛星やロケット本体が軌道上で爆発したり、分解したりしている。例えば、2015年2月には、米空軍国防気象衛星計画フライト13（DMSP-F13）が軌道上で爆発し、少なくとも149個の破片が発生し、これらは数十年間軌道上に残ると予想されている。[ 77 ]同年後半には、2014年6月に異常が発生した後に運用停止されたNOAA-16が、軌道上で少なくとも275個の破片に分解した。 [ 78 ]ソ連時代のメテオ2やコスモス衛星などの古いプログラムでは、設計上の欠陥により、運用停止後に多数の分解が発生し、 1994年までに少なくとも68個が分解し、さらに多くの破片が発生した。[ 42 ]
宇宙ゴミには、アメリカ人初の宇宙遊泳（EVA）で宇宙飛行士エド・ホワイトが失くした手袋、ジェミニ10号付近でマイケル・コリンズが失くしたカメラ、 STS-88で失くした保温ブランケット、ミールの15年間の運用中にソ連の宇宙飛行士が投棄したゴミ袋[ 79 ]、レンチ、歯ブラシ[ 80 ]などがある。STS -116のスニータ・ウィリアムズはEVA中にカメラを失くした。STS -120のEVAで破れたソーラーパネルを補強する際にペンチを失くし、STS-126のEVAではハイデマリー・ステファニシン＝パイパーがブリーフケースサイズの工具バッグを失くした[ 81 ] 。
軌道上での破片化は、宇宙空間にある人工物体が、意図したミッションプロファイルから外れて予期せず分裂したり、物質を放出したりした場合に発生し、カタログ化された宇宙デブリの主な発生源となります。歴史的に、破片化イベントの大部分は、内部圧力の上昇や残留推進剤による、使用済みロケット上段や廃止された衛星の突然の爆発によって引き起こされました。 [ 82 ]しかし、意図的な兵器実験や偶発的な超高速衝突も、軌道上のデブリの増加に大きく影響しています。[ 83 ]
ロケットの破片の大部分は、未燃焼燃料の分解によるロケット上段（慣性上段など）の破損が原因である。[ 84 ]このような事例の最初の例は、 1961年のトランジット4a衛星の打ち上げであった。軌道投入から2時間後、アブルスター上段が爆発した。破損しないブースターでも問題となることがある。既知の重大な衝突事故では、無傷のアリアンブースターが関係していた。[ 60 ]： 2
現在、NASAとアメリカ空軍は上段ロケットのパッシベーションを義務付けているが、中国やロシアの宇宙機関などの他のロケットでは義務付けていない。スペースシャトルの固体ロケットブースターやアポロ計画のサターンIBロケットのような下段ロケットは軌道に到達しない。[ 85 ]
例：
偶発的に発生するデブリに加えて、衛星を意図的に破壊することによって意図的に発生するデブリもあります。これは、対衛星兵器や弾道ミサイル迎撃兵器の技術テストとして、あるいは機密性の高い衛星が外国によって調査されるのを防ぐために行われてきました。[ 42 ]米国は30回以上の対衛星兵器実験（ASAT）を実施しており、ソ連/ロシアは少なくとも27回、中国は10回、インドは少なくとも1回実施しています。[ 98 ] [ 99 ]最近のASATとしては、中国によるFY-1Cの迎撃、ロシアによるPL-19 Nudolの試験、米国によるUSA-193の迎撃、インドによる未公表の稼働中の衛星の迎撃などがあります。[ 99 ]
かつての破片の発生源は、1960年代と1970年代に米国とソ連が行った対衛星兵器（ASAT）の実験であった。北米航空宇宙防衛司令部（NORAD）はソ連の実験のデータのみを収集し、米国の実験による破片は後から特定された。[ 100 ]破片問題が理解された頃には、広範囲にわたるASAT実験は終了していた。米国のプログラム437は1975年に中止された。[ 101 ]
米国は1980年代にヴォート社のASM-135 ASATでASAT計画を再開した。1985年の実験では、高度525kmを周回する1トンの衛星が破壊され、1cm以上の破片が数千個発生した。この高度では、大気抵抗により、ほとんどの破片の軌道は10年以内に減衰した。この実験の後、事実上のモラトリアムが続いた。[ 102 ]
中国政府は、2007年の対衛星ミサイル実験による軍事的影響とデブリの量について非難された[ 103 ]。これは史上最大の単一の宇宙デブリ事件であり（ゴルフボール大以上の破片が2,300個以上、1cm（0.4インチ）以上の破片が35,000個以上、1mm （0.04インチ）以上の破片が100万個発生した）、標的となった衛星は、地球近傍宇宙空間で衛星が最も密集している850km （530マイル）から882km （548マイル）の軌道を周回していた[ 104 ] 。この高度では大気抵抗が小さいため、デブリが地球に戻ってくるのに時間がかかり、2007年6月にはNASAの環境探査機テラがデブリとの衝突を避けるために操縦を行った。[ 105 ]米空軍士官でセキュア・ワールド財団のスタッフであるブライアン・ウィーデンは、2007年の中国の衛星爆発により3,000個以上の軌道デブリが発生し、それらの追跡が必要になったと指摘した。[ 106 ]
2008年2月20日、米国は、450kg （1,000ポンド）の有毒なヒドラジン推進剤を搭載していると考えられていた欠陥のある米国のスパイ衛星を破壊するため、USSレイク・エリーからSM -3ミサイルを発射した。この出来事は約250km （155マイル）の距離で起こった。[ 107 ]ミサイルは、（国防総省戦略軍司令官ケビン・チルトンによれば）2009年初頭までに崩壊していた破片の量を最小限に抑えるように狙われていた。 [ 108 ]
2019年3月27日、インドのナレンドラ・モディ首相は、インドが自国の低軌道衛星を地上発射ミサイルで撃墜したと発表した。同首相は、この作戦はミッション・シャクティの一環であり、宇宙における国の利益を守るためのものだと述べた。その後、米空軍宇宙軍は、新たに270個の破片を追跡していると発表したが、データ収集が続くにつれてその数は増えるだろうと予想している。[ 109 ]
2021年11月15日、ロシア国防省は高度約450kmを周回していたコスモス1408号[ 110 ] を破壊し、米国務省によると「1,500個以上の追跡可能な破片と数十万個の追跡不可能な破片」を生成した[ 111 ] 。
宇宙ゴミは、稼働中の衛星や宇宙船にとって危険となる可能性がある。衝突の危険性が大きくなりすぎると、地球軌道が通行不能になる可能性さえあると示唆されており、これはケスラー症候群として知られる現象である。[ 112 ]
しかし、宇宙船がデブリ密度の高い環境にさらされるほどリスクが高まるため、低軌道（LEO）は周回する宇宙船にとって利用不可能になると言う方がより正確である。LEOを通過してより高い軌道に到達する宇宙船に対する脅威は、通過時間が短いため、はるかに低いだろう。
宇宙船は通常ウィップルシールドで保護されているが、太陽光にさらされる太陽電池パネルは低質量の衝突によって摩耗する。小さな衝突でもプラズマ雲が発生し、パネルに電気的なリスクをもたらす可能性がある。[ 113 ]
衛星は微小隕石や小型軌道デブリ（MMOD）によって破壊されたと考えられている。最初に疑われた喪失例は、打ち上げから1か月後の1981年7月24日に消息を絶ったコスモス1275号である。コスモスには揮発性燃料が含まれていなかったため、衛星内部に破壊的な爆発を引き起こす可能性のあるものは何もなかったように思われた。しかし、この事例は証明されておらず、バッテリーが爆発したという別の仮説が提唱されている。追跡調査によると、バッテリーは300個の物体に分裂した。[ 114 ]
それ以来、多くの衝突が確認されています。たとえば、1996 年 7 月 24 日、フランスの小型衛星Cerise が、1986 年 11 月に爆発したAriane 1 H-10 上段ブースターの破片に衝突しました。[ 60 ] : 2 2006 年 3 月 29 日、ロシアの通信衛星Ekspress-AM11 が未知の物体に衝突され、動作不能になりました。[ 69 ] 2009 年 10 月 13 日、Terra は単一のバッテリー セルの故障異常とバッテリー ヒーター制御異常に見舞われ、その後、これらは MMOD の衝突の結果である可能性が高いと考えられました。[ 115 ] 2010 年 3 月 12 日、Aura は11 枚のソーラー パネルのうちの 1 枚の半分から電力を失い、これは MMOD の衝突によるものとされました。[ 116 ] 2013年5月22日、GOES 13はMMODに衝突し、運用姿勢を維持するために使用していた星の追跡を失った。宇宙船が運用に復帰するまでにはほぼ1か月かかった。[ 117 ]
最初の大きな衛星衝突は2009年2月10日に発生した。950kg （2,090ポンド）の廃止された衛星コスモス2251と、 560kg （1,230ポンド）の運用中のイリジウム33が、北シベリア上空500マイル（800km ）[ 118 ]で衝突した。衝突時の相対速度は約11.7km /s（7.3マイル/秒）、または約42,120km /h（26,170mph ）であった[ 119 ]。両方の衛星は破壊され、数千個の小さな破片が新たに発生し、法的および政治的な責任問題は数年経っても解決されていない[ 120 ] [ 121 ] [ 122 ] 。
2013年1月22日、BLITS（ロシアのレーザー測距衛星）は、 2007年の中国の対衛星ミサイル実験によるものと疑われる破片に衝突し、軌道と自転速度の両方が変化した。[ 123 ]
衛星は衝突回避マニューバを実行することがあり、衛星運用者はマニューバ計画の一環として宇宙ゴミを監視することがあります。たとえば、2017 年 1 月、欧州宇宙機関は、米国統合宇宙作戦センターからのデータに基づいて、放棄されたロシアの衛星である Cosmos-375 との衝突リスクを低減するために、 3 機の Swarmミッション衛星の 1 機の軌道を変更しました。 [ 124 ] [ 125 ]
有人宇宙飛行は、宇宙船の軌道上で宇宙ゴミが接近するリスクに特に脆弱である。スペースシャトル、ミール宇宙ステーション、国際宇宙ステーションは、時折行われる回避行動や長期的な宇宙ゴミによる摩耗の影響を受けてきた。
初期のシャトルミッションから、NASAはNORADの宇宙監視機能を使用して、シャトルの軌道上のデブリを評価していました。1980年代には、これはNORADの能力の大部分を消費していました。[ 30 ]最初の衝突回避操作は、 1991年9月のSTS-48で行われました。[ 126 ]放棄された衛星コスモス955のデブリを回避するために、 7秒間のスラスタ噴射が行われました。[ 127 ]同様の操作は、ミッション53、72、82でも実行されました。[ 126 ]
破片問題が公になった初期の出来事の1つは、スペースシャトル・チャレンジャーの2回目の飛行、STS-7で発生した。塗料の破片が前部窓に当たり、1 mm（0.04インチ）以上の穴が開いた。1994年のSTS-59では、エンデバーの前部窓に深さの約半分ほどの穴が開いた。1998年からは、小さな破片の衝突が増加した。[ 128 ]
1990年代までに、窓の欠けや熱防護システムタイル（TPS）の軽微な損傷は既に一般的になっていた。シャトルはその後、軌道上や降下中に使用されないエンジンと後部貨物室にデブリ負荷の大部分がかかるように、尾部を先頭にして飛行するようになった。これらの部分は、打ち上げ後の運用にとってそれほど重要ではない。ISSに連結して飛行する際には、シャトルはより装甲の厚いステーションがオービターを保護するように向きを変えられた。[ 129 ]
NASAの2005年の調査では、シャトルに対する全体的なリスクの約半分はデブリによるものだと結論付けられました。[ 129 ] [ 130 ]壊滅的な衝突の可能性が200分の1を超える場合は、実行を進めるための幹部レベルの決定が必要でした。ISSへの通常の（低軌道）ミッションでは、リスクは約300分の1でしたが、ハッブル望遠鏡の修理ミッションは、より高い軌道高度560 km（350マイル）で行われ、リスクは当初185分の1と計算されました（2009年の衛星衝突が原因の一部です）。より正確なデブリ数を用いた再分析により、推定リスクは221分の1に減少し、ミッションは実行されました。[ 131 ]
宇宙船の破片による事故は、その後のスペースシャトルミッションでも続いた。 2006年のSTS-115では、回路基板の破片がアメリカのスペースシャトル・アトランティスの貨物室のラジエーターパネルに小さな穴を開けた。[ 132 ] 2007年のSTS-118では、破片がアメリカのスペースシャトル・エンデバーのラジエーターパネルに弾丸のような穴を開けた。[ 133 ]
ソ連の宇宙ステーション「ミール」は、オリジナルの太陽電池モジュールパネルを装着したまま長期間宇宙空間に滞在していたため、衝撃による摩耗が顕著であった。[ 134 ] [ 135 ]
ISSは、内部を小さなデブリから保護するためにウィップルシールドも使用しています。 [ 136 ]しかし、外部部分（特に太陽電池パネル）は容易に保護できません。1999年には、ISSのパネルは、小さな軌道デブリとの衝突による「サンドブラスト」効果により、4年間で約0.23%劣化すると予測されました。[ 137 ] ISSでは、「デブリ衝突の可能性が1万分の1を超える」場合、通常は回避行動が取られます。[ 138 ] 2014年1月現在 ISSが軌道に乗ってからの15年間で、16回の軌道修正が行われた。[ 138 ] 2019年までに、ISSには1,400回以上の流星体および軌道デブリ（MMOD）の衝突が記録されている。[ 139 ]
ISSの運用管理部門は、搭乗員へのリスクを軽減する別の方法として、デブリ接近警告が遅れたため、3回にわたり乗組員にソユーズ宇宙船に避難するよう要請した。16回のスラスタ噴射と3回のソユーズカプセル避難命令に加え、ステーションのコンピュータにマニューバのタイムラインをアップロードするために必要な数日間の警告がなかったため、1回のマニューバは完了しなかった。[ 138 ] [ 140 ] [ 141 ] 2009年3月の出来事では、コスモス1275衛星の10cm （3.9インチ）の破片と思われるデブリが関係していた。 [ 142 ] 2013年には、ISSの運用管理部門は、前年に記録的な4回のデブリ回避マニューバを行った後、デブリを回避するマニューバを行わなかった。 [ 138 ]
ケスラー症候群[ 144 ] [ 145 ]は、1978年にNASAの科学者ドナルド・J・ケスラーによって提唱されたもので、地球低軌道（LEO）の物体の密度が高すぎて、物体同士の衝突が連鎖反応を引き起こし、それぞれの衝突で宇宙ゴミが発生し、さらなる衝突の可能性が高まるという理論的なシナリオである。[ 146 ]彼はさらに、もしこれが起こった場合、軌道上のゴミの分布によって、特定の軌道範囲での宇宙活動や衛星の使用が何世代にもわたって経済的に非現実的になる可能性があると理論づけた。[ 146 ]
1990年代後半の研究の結果、物体の数が増加したことで、宇宙コミュニティでは問題の性質と以前の深刻な警告について議論が巻き起こった。ケスラーの1991年の導出と2001年の更新によると、[ 147 ]高度1,000 km (620 mi)の低軌道環境では連鎖的な衝突が起こるはずである。しかし、実際に発生した主要な衛星衝突事故は、2009年のイリジウム33号とコスモス2251号の衝突のみである。短期的な連鎖的な衝突が明らかに見られないことから、当初の推定では問題が過大評価されていたのではないかという憶測が生まれている。[ 148 ]しかし、2010年のケスラーによれば、連鎖的な衝突はかなり進行するまで明らかにならない可能性があり、それには数年かかるかもしれない。[ 149 ]
ほとんどの宇宙ゴミは大気圏で燃え尽きますが、大きな宇宙ゴミは地上に落下することがあります。NASAによると、過去50年間、平均して毎日1個の宇宙ゴミが地球に落下しています。その大きさにもかかわらず、宇宙ゴミによる重大な物的損害は発生していません。[ 150 ]大気圏での燃え尽きは、大気汚染の一因となります。[ 151 ]燃料やガスを貯蔵するために設計された、宇宙物体由来の小型円筒形タンクが多数発見されています。[ 152 ]
レーダーやライダーなどの光学検出器は、宇宙デブリを追跡するための主要なツールです。10 cm (4インチ)未満の物体は軌道安定性が低下しますが、1 cm 程度の小さなデブリでも追跡できます[ 153 ] [ 154 ]。ただし、再捕捉を可能にする軌道を決定することは困難です。ほとんどのデブリは観測されません。NASA軌道デブリ観測所は、3 m (10フィート)の液体鏡トランジット望遠鏡で宇宙デブリを追跡しました。[ 155 ] FM 電波は、デブリから反射して受信機に到達した後、デブリを検出できます。[ 156 ]光学追跡は、宇宙船の有用な早期警戒システムになる可能性があります。[ 157 ]
米国戦略軍は、地上レーダーと望遠鏡、および宇宙望遠鏡（元々は敵対ミサイルと区別するため）を使用して、既知の軌道物体のカタログを保持しています。2009 年版には約 19,000 個の物体が記載されています。[ 158 ]その他のデータは、ESA 宇宙デブリ望遠鏡、TIRA、[ 159 ]、ゴールドストーン、ヘイスタック、[ 160 ]、EISCATレーダー、およびコブラ デーンフェーズド アレイレーダー[ 161 ]から取得され、ESA 流星体および宇宙デブリ地球環境参照 (MASTER) などのデブリ環境モデルで使用されます。
回収された宇宙機器は、（サブミリメートル）デブリ流の方向分布と構成に関する貴重な情報源である。STS -41-Cチャレンジャーミッションで展開され、 STS-32コロンビアで回収されたLDEF衛星は、デブリデータを収集するために68か月間軌道上に留まった。 1992年にSTS-46アトランティスで展開され、1993年にSTS-57エンデバーで回収されたEURECA衛星も、デブリの研究に使用された。[ 162 ]
ハッブル宇宙望遠鏡の太陽電池アレイは、STS-61 エンデバーとSTS-109 コロンビアのミッションで回収され、衝突クレーターはESAによって研究され、そのモデルが検証されました。ミールから回収された物質も研究され、特にミール環境影響ペイロード（ISS向けの物質もテストした[ 163 ]）が研究されました。[ 164 ] [ 165 ]
単一の事象によって生じた破片雲は、ガバード図と呼ばれる散布図で研究され、破片の近地点と遠地点が軌道周期に対してプロットされます。データが入手可能であれば、摂動の影響を受ける前の初期の破片雲のガバード図が再構築されます。これらには、新たに観測されたものの、まだカタログ化されていない破片に関するデータが含まれることがよくあります。ガバード図は、破砕の特徴、衝突の方向と地点についての洞察を提供できます。[ 25 ] [ 166 ]
過去50年間、平均して1日に約1個の追跡対象物が軌道から落下しており、[ 167 ]太陽活動極大期には平均して1日にほぼ3個の物体が落下している（地球大気の加熱と膨張により空気抵抗が増加するため）が、太陽活動極小期（通常5年半後）には約3日に1個となっている。[ 167 ]自然の大気の影響に加えて、企業、学術機関、政府機関は宇宙ゴミに対処するための計画や技術を提案しているが、2014年11月現在 しかし、これらのほとんどは理論上のものであり、廃棄物削減のための事業計画はありません。[ 26 ]
また、多くの学者は、制度的要因、すなわち政治的、法的、経済的、文化的「ルール」が地球近傍宇宙空間の浄化を最も阻害していると指摘している。汚染者にコストが割り当てられていないため、行動を起こす商業的インセンティブはほとんどないが、多くの技術的解決策が提案されている。[ 26 ]しかし、これまでのところ効果は限定的である。米国では、政府機関がデブリの増加を制限するという以前の約束を後退させ、「軌道デブリの除去というより複雑な問題に取り組むことは言うまでもない」と非難されている。[ 168 ]宇宙デブリの除去のさまざまな方法は、フランスの天体物理学者ファトゥマタ・ケベを含む宇宙世代諮問委員会によって評価されている。[ 169 ]
2024 年 5 月、NASA の技術・政策・戦略局の報告書は、軌道デブリへの対処に関する新しい方法を紹介しました。この報告書は「軌道デブリの軽減、追跡、修復の費用と便益分析」 [ 170 ]と題され、宇宙船の遮蔽、小型デブリの追跡、大型デブリの除去など、10 種類以上の対策の費用対効果を比較した包括的な分析を提供しました。この研究は、これらの対策を経済的な観点から評価することで、デブリ管理の費用対効果の高い戦略に情報を提供することを目的としており、使用済み宇宙船の迅速な軌道離脱などの方法が宇宙空間におけるリスクを大幅に軽減できることを強調しています。
数値モデルと数理モデルは、軌道デブリ環境の進化を記述し、緩和策の有効性を評価するために使用されます。[ 171 ]モデルは、その目的に応じて、宇宙船が遭遇するデブリのフラックスを推定したり、[ 172 ]軌道上のデブリの長期的な進化をシミュレートしたり、[ 173 ]個々の物体の挙動や破片化イベントを再現したりすることができます。[ 174 ]これらのモデルは、宇宙機関や研究機関によって、将来のデブリシナリオを評価し、緩和戦略を比較し、宇宙の持続可能性政策の開発を支援するために広く使用されています。[ 175 ]
現代のデブリモデルは、観測カタログ、軌道伝播、衝突確率推定、破片化モデル、予測される打ち上げトラフィックを組み合わせて、宇宙環境の長期的な変化を予測します。[ 176 ] [ 177 ]
宇宙デブリを最小限に抑える国際条約は存在しない。しかし、国連宇宙空間平和利用委員会（COPUOS）は、デブリ軽減のための基準を策定する以前の各国の規制の試みを参考に、2007年に自主的なガイドラインを発表した[ 178 ]。2008年時点で、同委員会は衛星間の衝突を防ぐための国際的な「ルール」について議論していた[ 179 ] 。 2013年までに、多くの国の法的制度が存在し[ 180 ] [ 181 ] [ 182 ] 、通常はすべての宇宙開発国で打ち上げに必要な打ち上げ許可証に具体化されている[ 183 ] 。
米国は2001年に民間（NASA）と軍事（国防総省と米空軍）の軌道デブリ軽減に関する一連の標準手順を発行した。 [ 184 ] [ 185 ] [ 181 ]この標準では、最終ミッション軌道での処分を次の3つの方法のいずれかで行うことを想定していた。1）大気圏再突入。「太陽活動の保守的な予測でも、大気抵抗により、ミッション完了後25年を超える寿命は制限される」。 2) 「保管軌道」への移動: 宇宙船を 4 つの非常に広い駐車軌道範囲 ( 2,000 ～ 19,700 km (1,200 ～ 12,200マイル)、20,700 ～ 35,300 km (12,900 ～ 21,900マイル) 、 36,100 km (22,400マイル)以上、または地球軌道から完全に外れて任意の太陽中心軌道) のいずれかに移動させます。 3) 「直接回収: ミッション完了後、実行可能な限り速やかに構造物を回収し、軌道から取り除きます。」[ 180 ]オプション 1 で明示された基準は、ほとんどの衛星と使用済み上段に適用される基準であり、「25 年ルール」として知られるようになりました。[ 186 ]米国は2019年12月に軌道デブリ軽減標準手順を更新したが、25年ルールに変更は加えなかった。「宇宙コミュニティの多くの人々は、その期間は25年未満であるべきだと考えている」にもかかわらずである。[ 187 ]しかし、新たな期間がどのようなものになるかについては合意が得られていない。[ 187 ]
2002年、欧州宇宙機関（ESA）は国際グループと協力して同様の基準を制定し、地球周回衛星と上段ロケットのほとんどに「25年ルール」を適用した。ヨーロッパの宇宙機関は1990年代半ばに技術ガイドラインの開発を開始し、ASI、UKSA、CNES、DLR、ESAは2006年に「欧州行動規範」に署名した[ 182 ]。これは翌年に開始されるISO国際標準化作業の前身となる標準であった。2008年、ESAはさらに「機関プロジェクトにおける宇宙デブリ軽減に関する要件」を策定し、「2008年4月1日に発効した」[ 182 ]。
ドイツとフランスは、デブリによる損害から財産を守るために保証金を供託した。[ 188 ]「直接回収」オプション（上記の米国の「標準慣行」のオプション番号3）は、直接回収のコストと複雑さのため、宇宙飛行の初期の頃から宇宙飛行国（米空軍のX-37を除く）や商業主体によってほとんど実施されてこなかったが、ESAは、打ち上げ費用を除いて1億2000万ユーロの費用をかけて、 94kg （207ポンド）の小型衛星（PROBA-1） 1基でこれを行う2026年の実証ミッション（ ClearSpace-1 ）を計画している。 [ 189 ] [ 190 ]
2006年までに、インド宇宙研究機関（ISRO）は、ISROの打ち上げロケットや衛星のデブリ軽減のための多くの技術的手段（上段のパッシベーション、墓場軌道への移動のための推進剤予備など）を開発し、機関間のデブリ調整や国連宇宙空間平和利用委員会（COPUOS）の取り組みに積極的に貢献していた。[ 191 ]
2007年、ISOは宇宙デブリ軽減のための国際規格の準備を開始しました。 [ 192 ] 2010年までに、ISOは「宇宙デブリ軽減を目的とした包括的な宇宙システム工学規格セット」を公表しました。[主要な要件は]最上位規格であるISO 24113で定義されています。2017年までに、規格はほぼ完成しました。しかし、これらの規格はISOまたは国際管轄区域によっていかなる当事者に対しても拘束力を持つものではありません。単に自主的に使用できるものです。「宇宙船の製造業者または運用者が自主的に採用することも、顧客と供給業者間の商業契約を通じて発効させることも、宇宙デブリ軽減に関する一連の国内規制を確立するための基礎として使用することもできます。」[ 186 ]
自主的なISO規格では、高度2,000 km (1,200マイル)未満の「LEO保護領域」に対して「25年ルール」も採用されており、これは以前から（そして2019年現在も）適用されています。 ）米国、ESA、国連の緩和基準で使用されており、「ミッション完了後、宇宙システムが軌道上に留まるべき時間の上限」と定義されています。理想的には、軌道離脱までの時間はできるだけ短く（つまり、25年よりはるかに短く）する必要があります。[ 186 ]
ESAのホルガー・クラーグ氏は、2017年の時点で拘束力のある国際的な規制枠組みは存在せず、ウィーンの国連機関でも進展が見られないと述べている。[ 112 ]
2010年代現在、宇宙ゴミの増加を抑制するためのいくつかの技術的アプローチが一般的に実施されているが、20世紀半ば以降、地上の汚染が減少してきたように宇宙ゴミを削減するための包括的な法的制度や費用負担の仕組みはまだ整備されていない。
新たなデブリの発生を減らすための国際的な緩和ガイドラインが公表されており、通常の運用中に放出されるデブリを最小限に抑え、軌道上での分解を防ぎ、ミッション後の廃棄と衝突回避計画を実施するという勧告が含まれています。[ 194 ] NASA も、技術標準文書の一部として、軌道デブリを制限するための詳細なエンジニアリング ガイドラインを公表しています。[ 195 ]
人工宇宙ゴミの過剰な発生を避けるため、地球低軌道より上空に打ち上げられる衛星の多くは、地球大気圏内を近地点とする楕円軌道に最初に打ち上げられ、軌道が急速に減衰し、大気圏再突入時に破壊されるようになっています。より高い軌道にある宇宙機には、別の方法が用いられています。これには、耐用年数終了時の宇宙機の不活性化、ペイロード放出後の最初の軌道または2周目で再点火して減速し、意図的に軌道から離脱できる上段ロケットの使用、数年間健全な状態を維持できれば地球周回低軌道から自力で離脱できる衛星などがあります。高度約400km （250マイル）以下の低軌道にある他の衛星（多くのCubeSatなど）は、数週間から数か月以内に確実に軌道から離脱するために、上層大気のエネルギー吸収効果に依存しています。
近年、より高い軌道（低デルタVでの軌道離脱が不可能または計画されていない軌道）にある使用済み上段ロケットや、衛星のパッシベーションをサポートするアーキテクチャでは、使用終了時にパッシベーションが行われるようになっている。これにより、ミッション終了時または耐用年数終了時に機体内部に蓄えられたエネルギーが除去される。この処理によって、現在使用不能となったロケット段や衛星自体の残骸が除去されるわけではないが、宇宙船が破壊されて多数の小さな宇宙ゴミが発生する可能性が大幅に低減される。これは、初期の米国およびソ連の宇宙船の多くでよく見られた現象である[ 76 ]。
上段のパッシベーション（例えばデルタブースター[ 30 ]）は、残留推進剤を放出することで軌道上での爆発による破片を減らしますが、2011年になっても、すべての上段がこの方法を採用しているわけではありません。[ 196 ] SpaceXは、2019年に米国空軍向けに実施したファルコン9第2段の6時間にわたる実証ミッション（ STP-2）の最終マニューバに「推進パッシベーション」という用語を使用しましたが、その用語が何を含むのかは定義していませんでした。[ 197 ]
地球周回軌道に対する「1機打ち上げ、1機降下」の打ち上げ許可ポリシーでは、打ち上げ機はほぼ同じ軌道面から廃衛星とランデブーし、捕捉し、軌道から離脱させる。[ 198 ]もう一つの可能性は、衛星へのロボットによる燃料補給である。NASAは実験を実施しており、[ 199 ] SpaceXは大規模な軌道上推進剤移送技術を開発している。[ 200 ]
デブリ軽減のための別のアプローチは、ロケットの第2段を近地点が低い楕円形の地球中心軌道に残すようにミッションアーキテクチャを明示的に設計し、それによって軌道の急速な減衰を確保し、使用済みロケット本体からの長期的な軌道デブリを回避することです。このようなミッションでは、低推力電気推進を使用するか、軌道を円形化するために小型キックステージを使用することで、ペイロードを最終軌道に配置することがよくあります。キックステージ自体は、自己軌道離脱ができるように余剰推進剤機能を備えて設計される場合があります。[ 201 ]
ITUは静止衛星が寿命の終わりに墓場軌道に移動することを要求しているが、選択された軌道領域はGEOレーンをデブリから十分に保護していない。[ 65 ]十分な推進剤を備えたロケット段（または衛星）は直接制御された軌道離脱を行うことができるが、これが推進剤を過剰に必要とする場合は、衛星を大気抵抗によって最終的に軌道離脱する軌道に投入することができる。これはフランスのSpot-1衛星で行われ、高度を830 km（516 mi）から約550 km（342 mi）に下げることで、大気圏再突入時間を予測されていた200年から約15年に短縮した。[ 202 ] [ 203 ]
イリジウム衛星コンステレーション（1997年から2002年の5年間に打ち上げられた95基の通信衛星）は、自己消滅の限界に関する一連のデータポイントを提供している。衛星運用会社であるイリジウム・コミュニケーションズは、衛星の20年間の運用期間中、（この期間中に企業倒産により社名が変更されたものの）運用を続け、2019年12月までに「稼働中の65基の旧型衛星の最後の廃棄を完了した」[ 204 ] 。しかし、このプロセスにより、高度約700km （430マイル）の低軌道に、合計質量20,400kg （45,000ポンド、このコンステレーションの質量のほぼ3分の1）の30基の衛星が残された。この高度では自己消滅は遅い。これらの衛星のうち、29基は軌道上で故障し、自力で軌道から離脱することができず、1基（イリジウム33）は2009年に放棄されたロシアの軍事衛星コスモス2251との衛星衝突に関与した。[ 204 ]自力で離脱できない衛星の除去に関する緊急対策は策定されなかった。 2019年、イリジウムのCEOであるマット・デッシュ氏は、もし非現実的に低いコスト、例えば「軌道離脱1回あたり1万ドル」で可能であれば、イリジウムはアクティブなデブリ除去会社に残された第一世代衛星の軌道離脱を依頼する用意があると述べたが、その価格はデブリ除去会社が現実的に提示できる価格をはるかに下回る可能性が高いことを認めた。「どの時点でそれが当然の選択肢になるかは分かるが、実際のコストは数百万ドルか数千万ドルになるだろう。その価格になると、意味がないことは分かっている。」[ 204 ]
宇宙船デブリの軌道減衰率を高める受動的な方法が提案されている。ロケットの代わりに、打ち上げ時に宇宙船に電気力学的テザーを取り付けることができる。テザーは寿命の終わりに展開され、宇宙船の速度を落とす。[ 205 ]他の提案としては、帆のようなアタッチメントを備えたブースターステージ[ 206 ]や、大きくて薄い膨張式バルーンエンベロープ[ 207 ]などがある。
2022年12月下旬、ESAは、緩和策に利用できるブレーキングセイルベースの衛星軌道離脱装置ADEOの実証に成功し、ESAのゼロデブリイニシアチブの一部となった。約1年前、中国もドラッグセイルの試験を行った。[ 208 ] [ 209 ]
既存の宇宙ゴミを除去するために他の宇宙船を利用する様々なアプローチが提案、研究され、あるいは地上サブシステムが構築されてきた。
2012年10月にベルギーのブリュッセルで開催された、米国のシンクタンクであるセキュア・ワールド財団とフランスの国際関係研究所が主催した会議[ 210 ]の講演者によるコンセンサスでは、近い将来、宇宙船へのリスクが許容できないレベルになるのを防ぐためには（低軌道にある使用済み宇宙船の数を増やすことなく）、最大のデブリを除去する必要があると報告された。2019年現在、除去費用と、使用済み衛星の所有権および除去権限に関する法的問題により、国内または国際的な行動が妨げられている。現在の宇宙法では、使用済みまたは現役のミッションを脅かすデブリや宇宙船であっても、すべての衛星の所有権は元の運用者に留保されている。[ 211 ]
2010年代後半、複数の企業が中低軌道にある衛星を外部から除去する計画を立てた。例えば、OneWebは衛星の寿命末期に「プランA」として搭載型自己除去を使用する計画を立てたが、衛星が寿命末期から1年以内に自己除去できない場合は、「プランB」を実行し、再利用可能な（複数回輸送ミッション）宇宙タグを派遣して、グラップリング装置を介して既に内蔵されている捕捉ターゲットで衛星に取り付け、より低い軌道まで牽引して再突入のために放出する予定だった。[ 212 ] [ 213 ]
十分に研究された解決策は、遠隔操作車両を使用してデブリとランデブーし、捕獲して回転を解除し、中央ステーションに持ち帰るというものです。[ 214 ]そのようなシステムの1つが、宇宙インフラストラクチャサービス（SIS）です。これは、静止軌道上の通信衛星向けの商用燃料補給基地およびサービス宇宙船で、当初は2015年の打ち上げが予定されていました。[ 215 ] SISは「使用済み衛星を墓場軌道に押し込む」ことができます。[ 216 ]先進共通進化ステージファミリーの上段は、高い残存推進剤マージン（使用済み衛星の捕獲と軌道離脱用）と、静止軌道から重い物体を軌道離脱させるために必要な高いデルタVのための宇宙空間での燃料補給能力を備えて設計されています。 [ 198 ]デブリを安全な高度まで引きずり、大気圏で燃え尽きさせるための牽引機のような衛星が研究されています。[ 217 ]破片が特定されると、衛星は破片と自身の間に電位差を作り出し、スラスタを使用して自身と破片をより安全な軌道に移動させます。
このアプローチのバリエーションとして、遠隔操作車両がデブリとランデブーし、一時的にデブリを捕捉して小型の軌道離脱衛星を取り付け、テザーでデブリを目的の場所まで引きずるという方法がある。その後、「母船」がデブリと小型衛星の組み合わせを大気圏突入のために牽引するか、墓場軌道に移動させる。そのようなシステムの1つとして、提案されているBusek ORbital DEbris Removerがあり、これは40個以上のSUL（衛星がアンビリカルラインで繋がれた状態）軌道離脱衛星と、それらを除去するために十分な推進剤を搭載する予定である。[ 26 ]
2010年1月7日、Star, Incorporatedは、宇宙デブリ除去用の推進剤不要の宇宙船であるElectroDynamic Debris Eliminatorの実現可能性調査の契約を宇宙海軍システム司令部から受注したと発表した。 [ 218 ] 2012年2月、ローザンヌ連邦工科大学（EPFL）のスイス宇宙センターは、廃止されたスイスのナノサテライトと軌道を合わせ、それを捕獲して一緒に軌道から離脱させるナノサテライト実証プロジェクトであるClean Space Oneプロジェクトを発表した。 [ 219 ]このミッションは、パックマンにヒントを得た捕獲モデルに到達するために何度か進化を遂げた。 [ 220 ] 2013年には、デブリを捕獲して放出するグラップリング衛星であるSpace Sweeper with Sling-Satが研究された。[ 221 ]2022年、中国の衛星SJ-21は未使用の衛星をつかみ、衝突リスクの低い軌道に「投げ込んだ」。[ 222 ] [ 223 ]
2019年12月、ESAは宇宙ゴミ除去のための最初の契約を締結した。ClearSpace -1（EPFLプロジェクトから派生）と呼ばれる1億2000万ユーロのミッションは2026年に打ち上げ予定である。このミッションは、94kgのPROBA-1衛星を軌道から除去することを目的としている 。[ 189 ]「チェイサー」と呼ばれるロボットアーム4本でゴミをつかみ、地球の大気圏に引きずり込み、両方とも燃え尽きる。[ 190 ]
レーザーブルームは、地上のレーザーを使用してデブリの先端をアブレーションし、ロケットのような推力を発生させて物体を減速させ、回転を抑制します。継続的に適用すると、デブリは十分に落下し、大気抵抗の影響を受けるようになります。[ 224 ] [ 225 ] 1990年代後半、米空軍のオリオン計画はレーザーブルームの設計でした。[ 226 ] 2003年にスペースシャトルで試験装置を打ち上げる予定でしたが、軌道上での強力なレーザー試験を禁止する国際協定により、その使用は測定に限定されました。[ 227 ] 2003年のスペースシャトル・コロンビア号の事故によりプロジェクトは延期され、NASAの軌道デブリプログラムオフィスの主任科学者兼プログラムマネージャーであるニコラス・ジョンソンによると、「オリオン最終報告書には多くの小さな落とし穴があります。10年以上棚に置かれたままになっているのには理由があります。」[ 228 ]
レーザービーム光子の運動量によって、デブリに直接推力を与えることができ、小さなデブリを稼働中の衛星の邪魔にならない新しい軌道に移動させるのに十分な推力を与えることができる。2011年のNASAの研究によると、宇宙ゴミにレーザービームを照射すると、毎秒1 mm (0.039インチ)のインパルスを与えることができ、1日に数時間デブリにレーザーを照射し続けると、 1日に200 m (660フィート)だけ軌道を変えることができる。[ 229 ]欠点の1つは、材料の劣化の可能性であり、エネルギーによってデブリが破壊され、問題がさらに悪化する可能性がある。[ 230 ]同様の提案では、レーザーを太陽同期軌道上の衛星に搭載し、パルスビームを使用して衛星を低軌道に押し込み、再突入を加速させる。[ 26 ]レーザーをイオンビームシェパードに置き換える提案がなされており、[ 231 ]他の提案では、エアロゲルの発泡ボールや水の噴霧、[ 232 ]膨張式バルーン、[ 233 ]電気力学的テザー、[ 234 ]電気接着、[ 235 ]および専用の対衛星兵器が使用されている。[ 236 ]
2014年2月28日、宇宙航空研究開発機構（JAXA）は試験用の「宇宙ネット」衛星を打ち上げた。この打ち上げは運用試験のみであった。[ 237 ] 2016年12月、日本は宇宙ゴミ回収機「こうのとり6号」を国際宇宙ステーション（ISS）に送り、JAXAの科学者たちはテザーを使って軌道からゴミを引き出す実験を行った。[ 238 ] [ 239 ]このシステムは地球に帰還する宇宙ステーション補給船から700メートルのテザーを伸ばすことができなかった。[ 240 ] [ 241 ] 2月6日、このミッションは失敗と宣言され、主任研究員の井上浩一氏は記者団に対し「テザーが解放されなかったと考えている」と述べた。[ 242 ]
2012年から2018年にかけて、ESAは機械式触手やネットを使って軌道上の大型宇宙デブリを除去するミッションの設計に取り組んでいた。e.Deorbitミッションの目的は、LEOから4,000キログラム（8,800ポンド）以上のデブリを除去することであった。 [ 243 ]ネット、銛、ロボットアームとクランプ機構の組み合わせなど、いくつかの捕獲技術が研究された。[ 244 ]これらはデタンブリング装置としても機能する。このミッションへの資金提供は、開発中のClearSpace-1ミッションを優先するため、2018年に中止された。
RemoveDEBRISミッション計画は、低軌道上の模擬ターゲットに対して複数のADR技術の有効性をテストすることです。計画された実験を完了するために、プラットフォームにはネット、銛、レーザー測距装置、ドラッグセイル、および2つのCubeSat（小型研究衛星）が装備されています。[ 245 ]このミッションは2018年4月2日に開始されました。[ 246 ]
宇宙ゴミを溶かして他の有用な形状に変換する金属加工技術は、CisLunar Industriesによって開発されている。同社のシステムは電磁加熱を使用して金属を溶かし、金属線、金属板、金属燃料に成形する。[ 247 ]
南オーストラリア州アデレードで開発されたノイマンドライブと呼ばれる推進システムが、2023年6月に初めて宇宙に打ち上げられました。金属製の宇宙ゴミは燃料棒に変換され、ノイマンドライブに挿入することで、「基本的に固体金属推進剤をプラズマに変換する」ことができます。このドライブは、すでに軌道上の廃棄物を回収するためのネットやロボットアームを搭載しているアメリカの宇宙企業によって使用されることを想定しています。このスラスタにより、これらの衛星は回収した廃棄物を地球に持ち帰ることができ、それを溶かしてさらに燃料を作ることができます。[ 49 ]
コンピュータとデジタル化産業の急速な発展に伴い、21世紀に入ってからより多くの国や企業が宇宙活動に携わるようになった。コモンズの悲劇とは、共有資源を利用して自己利益を最大化しようとすると、全員が共有する資源の劣化につながる状況を指す経済理論である。[ 248 ]この理論に基づくと、宇宙における個人の合理的な行動は、デブリで混雑した軌道という非合理的な集団的結果につながる。共有資源である地球の軌道、特にほとんどの衛星が収容されているLEOとGEOは、非排除性と競合性を持つ。[ 249 ]
この問題に対処し、宇宙の持続可能性を確保するために、多くの技術的アプローチが開発されてきました。ガバナンスメカニズムに関しては、宇宙関係者の増加により、トップダウンの中央集権的なメカニズムは複雑なデブリ問題に対処するのに適していません。[ 250 ]代わりに、エリノア・オストロムによって開発された多中心型のガバナンスが提案されています[ 251 ]が、多中心型ネットワークの推進はまだ十分に進んでいません。
軌道デブリは宇宙開発国と非宇宙開発国の両方に影響を与える地球規模の問題であるため、世界的な文脈で対処する必要がある。[ 248 ]宇宙船、デブリ、隕石などの物体の動きの複雑さとダイナミズムのため、米国、ヨーロッパ、ロシア、中国を含む多くの国と地域は、宇宙での潜在的な脅威を回避したり、事前に行動を計画したりするために、宇宙状況認識（SSA）を開発してきた。 [ 252 ]ある程度、SSAは宇宙デブリの追跡に役割を果たしている。強力なSSAシステムを構築するには、国際協力と情報とデータの交換という2つの前提条件がある。[ 252 ]しかし、過去数十年にわたってデータ品質が向上したにもかかわらず、限界が存在する。一部の宇宙大国は収集した情報を共有したがらず、米国のようにデータを共有した国もその一部を秘密にしている。[ 253 ]協調的な方法で参加するのではなく、多くの SSA プログラムと国家データベースは、一部重複しながら並行して運用されており、協力的な監視システムの形成を妨げている。[ 253 ]
民間企業もSSAシステムを構築しようとしている。例えば、2009年に設立された宇宙データ協会（SDA）は非政府組織である。現在、21のグローバル衛星事業者と、Eutelsat、Inmarsat、Intelsat、SESの4つの執行メンバーで構成されている。SDAは非営利プラットフォームであり、事業者から独立してデータをプールすることで、無線干渉や宇宙衝突を回避することを目指している。[ 252 ]研究者らは、SSAネットワークはデブリ追跡システムと完全に同等ではないため、宇宙デブリに関する情報を交換するための国際センターを設立することが不可欠であると示唆している。前者は、宇宙空間で活動的で脅威となる物体に重点を置いている。[ 254 ]デブリの数や使用済み衛星に関しては、データを提供している事業者は少ない。[ 254 ]
多中心的なガバナンスネットワークでは、包括的に監視できないリソースは適切に管理される可能性が低い。[ 253 ]国境を越えた協力と情報共有が不十分なため、ゴミ問題への対処が阻害される。完全なデータを網羅し、強力な相互接続と相互運用性を備えたグローバルネットワークを構築するには、まだまだ長い道のりがある。
衛星と宇宙の商業化に伴い、民間部門は宇宙活動への関心を高めている。例えば、SpaceXは世界中のどこにでも高速インターネットを送信できる約12,000個の小型衛星のネットワークを構築している。[ 255 ]商業宇宙船の割合は1980年代の4.6%から2010年代には55.6%に増加した。[ 256 ]商業主体の参加率が高いにもかかわらず、国連宇宙空間平和利用委員会（COPUOS）はかつて、加盟国から正式に招待されない限り、議論への参加を意図的に排除したことがある。[ 250 ]オストロム氏は、ルール設計と実施プロセスにすべての関係者が関与することが、ガバナンスの成功に不可欠な要素の1つであると述べた。[ 257 ]民間主体の排除は、すべての宇宙利用者の利益を反映した集団的選択の取り決めを行う国連委員会の役割の有効性を大幅に低下させる。[ 250 ]
民間主体の関与が限られているため、宇宙デブリへの対処プロセスが遅れています。[ 258 ]ガバナンスネットワーク内の異なる利害関係者間のつながりにより、多様なリソースへのアクセスが可能になります。[ 259 ]利害関係者間の能力の違いにより、タスクをより合理的に割り当てることができます。その場合、民間事業者の専門知識と経験は、世界が宇宙の持続可能性を達成するのに不可欠です。[ 258 ]さまざまな利害関係者の補完的な強みにより、ガバナンスネットワークは変化により適応し、共通の目標に効果的に到達することができます。[ 259 ]近年、多くの民間主体が宇宙デブリ除去の商業的機会を見出しています。2018年の推定では、2022年までにデブリ監視と除去の世界市場は約29億ドルの収益を生み出すとされています。[ 260 ]例えば、2021年にアストロスケールは、軌道デブリ除去能力を開発するために欧州宇宙機関と日本の宇宙機関と契約しました。[ 261 ]それにもかかわらず、衛星を宇宙に打ち上げた人々の数に比べれば、その数はまだ少ない。ハワイを拠点とするスタートアップ企業Privateer Spaceは、アメリカ人エンジニアのAlex Fielding、宇宙環境活動家のMoriba Jah、Appleの共同創業者であるSteve Wozniakによって設立され、2021年9月に宇宙ゴミを調査するために数百の衛星を軌道に打ち上げる計画を発表した。[ 262 ]しかし、同社は「ステルスモード」であり、そのような衛星は打ち上げられていないと述べている。[ 262 ]
幸いなことに、宇宙探査は完全に競争によって推進されているわけではなく、先進国と発展途上国の両方のすべての利害関係者の間で対話と協力を行い、宇宙デブリへの対処に関する合意に達し、公平で秩序ある探査を保証する機会が存在する。[ 263 ]民間主体に加えて、ネットワークガバナンスは必ずしも国家の役割を排除するものではない。むしろ、国家のさまざまな機能がガバナンスプロセスを促進する可能性がある。[ 264 ]宇宙デブリの多中心ガバナンスネットワークを改善するために、研究者は、政治レベルでさまざまな国や組織のデータベース間でのデータ共有を促進すること、相互運用性を向上させるためにデータ収集システムの共通標準を開発すること、そして民間主体を国内および国際的な議論に参加させることでその参加を強化することを提案している。[ 253 ]
宇宙ゴミの問題は、月周辺のミッションにおける緩和課題として提起されており、その周辺の宇宙ゴミが増加する危険性がある。[ 265 ] [ 266 ]
2022年3月4日、人類の宇宙デブリ（おそらく2014年の嫦娥5号T1ミッションで使用された長征3Cロケットの第3段）が初めて意図せず月面に衝突し、予期せぬ二重クレーターができたと考えられている。[ 267 ] [ 268 ]
2022年には、火星でいくつかの宇宙ゴミが発見されました。パーサビアランスのバックシェルがジェゼロ・クレーターの地表で発見され[ 269 ]、探査車の降下ステージから来たと思われる断熱ブランケットの破片も発見されました[ 270 ] [ 271 ] 。
2024年2月現在 火星には約7トンの人工の残骸が散乱している。そのほとんどは墜落した宇宙船や使用不能になった宇宙船、廃棄された部品で構成されている。[ 272 ] [ 273 ]
『世界の終わりまで』（1991年）は、制御不能になったインドの核衛星が大気圏に再突入し、地球の広大な人口密集地域を脅かすという設定のフランスのSFドラマである。 [ 274 ]
映画『ウォーリー』（2008年）では、ゴミだらけで人類に見捨てられた未来の地球が描かれている。主人公のロボットが地球を離れ、人類が地球に戻ってくると、放棄された衛星と衝突する。 [ 275 ]
2009年のウォルト・ディズニー・ピクチャーズの映画『Gフォース』では、敵役のスペックルズ（声：ニコラス・ケイジ）が、地球の表面を居住不可能にするために、宇宙ゴミの大規模な惑星規模の爆撃によって人類を滅亡させる計画を企てる。[ 276 ]
アルフォンソ・キュアロン監督の2013年のサバイバル映画『ゼロ・グラビティ』は、ケスラー症候群によって引き起こされた宇宙ミッションでの災害を描いている。 [ 277 ]
『ラブ、デス＆ロボット』 （2019年）シーズン1の第11話「ヘルピング・ハンド」では、宇宙飛行士が宇宙ゴミのネジに当たって軌道上の衛星から落下するというストーリーが展開される。[ 278 ]
漫画とアニメ『プラネテス』は、宇宙ゴミを収集・処分する宇宙ゴミ処理ステーションの乗組員たちの物語を描いている。[ 279 ]
{{cite news}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)デルタ上段: 1981 年に燃料燃焼が導入されるまで、デルタ第 2 段では残留推進剤による事故が何度か発生しました。
ロシア：同軌道実験20回、地上/空中発射実験7回。
軌道デブリがもたらす脅威に対する懸念が高まっているにもかかわらず、また、米国の国家宇宙政策では政府機関にデブリ除去技術の研究を指示する文言が盛り込まれているにもかかわらず、宇宙コミュニティの多くの人々は、政府がその政策を実施するために十分なことをしていないことを懸念している。
{{cite news}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)の発表以来初めてのガイドラインの更新であり、衛星運用や軌道デブリの増加につながるその他の技術的問題に対する理解の深化を反映している。...[2019年の新ガイドライン]は、デブリ軽減に関する最大の課題の1つ、つまり衛星のミッション終了後の軌道離脱期間を25年に短縮するかどうかについては触れていない。宇宙コミュニティの多くの人々は、その期間は25年未満であるべきだと考えている。
{{cite news}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク){{cite news}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)衛星放送を放棄し、金属の金属を破壊し、残存物を発見してください。[...]。 Es una simple escena de una peícula animada, pero no esta
[
原文ママ
]
Tan lejos de la realidad como podría pensarse[船は、金属雲として地球を覆う何百もの放棄された衛星、破片、ゴミの間を通らなければなりません。[...]これはアニメ映画の単純なシーンですが、思っているほど現実からかけ離れたものではありません。]