スターシップHLS

スターシップ有人月着陸システム計画には、スペースXによる複数のスターシップ宇宙船の派生型の開発と運用が含まれており、これには月面および月面付近での運用に最適化されたスターシップHLS船、地球軌道上で推進剤を貯蔵するスターシップ補給基地、そして必要な燃料と酸素を軌道上の補給基地に輸送するために地球表面から複数回軌道へ飛行するように設計されたスターシップタンカーが含まれます。単一の月面有人着陸ミッションの運用構想には、これら3つの船の派生型すべてと、月を周回するほぼ直線的なハロー軌道（NRHO）にあるNASA提供の別の宇宙船とのドッキングが含まれます。^{[ 5 ]}

標準のスターシップ宇宙船とは異なり、スターシップ HLS とスターシップ デポは地球の大気圏に再突入 しないため、宇宙船の大気圏耐熱シールドと飛行制御面(フ​​ィン) を取り外すことができます。^{[ 5 ]}この質量の減少により^{[ 5 ]}宇宙船が軌道に乗った後の燃料補給に必要なスターシップ タンカーの打ち上げ回数を​​減らすことができます。^{[ 5 ]}他のスターシップの派生型と同様に、スターシップ HLS とスターシップ デポには 6 基のラプターエンジンが搭載されており、打ち上げ時と着陸および上昇フェーズの大部分で使用されます。^{[ 5 ]}

月面から100メートル以内では、HLS型は、宇宙船の中央部に配置された高推力着陸エンジンを使用して、月面レゴリスへの噴煙の衝突を回避する計画である^{[ 6 ]}が、これらのエンジンは必要ないかもしれない^{[ 7 ]} 。着陸エンジンは、ラプターが使用する液体酸素とメタンの代わりに、気体酸素とメタンを燃焼させる^{[ 6 ] [ 8 ]。50: 30}電力は、機体の周囲に配置されたソーラーパネルの帯によって供給される^{[ 9 ] [ 10 ]。HLS}は、月周回軌道で100日間滞空する能力を持っている^{[ 9 ] 。}

NASAによると、機体構成の変更を最小限に抑え、Starship HLSの設計と開発をできるだけ共通化することで、さまざまな機体設計の追加テスト、評価、検証の必要性がなくなるため、将来のStarship HLSの製造にメリットがあるという。^{[ 5 ]} NASAは、これによりSpaceXが機体製造を加速し、ミッション統合のための可用性と納期厳守を確保できるようになるとも付け加えた。^{[ 5 ]}

スターシップHLS船とスターシップ燃料補給基地（地球軌道上に留まり、月遷移軌道への出発前にHLS船に燃料を補給するために必要な燃料を収集・貯蔵する燃料補給基地）の両方で、特殊な断熱タイルが使用されます。このタイルは、微小隕石や軌道デブリからの保護を提供するとともに、極低温液体酸素と液体メタンを長期間の軌道上貯蔵のために保持するために、補給基地を太陽放射や地球熱放射から断熱します。これらの宇宙空間断熱タイルは、スターシップ燃料補給基地に燃料/酸化剤を輸送するスターシップ燃料タンカーのタイルなど、地球大気圏に再突入する必要のあるスターシップで使用されるセラミックタイルとは異なります。^{[ 11 ]： 7:58–8:18}

2024年4月、NASAは貨物専用着陸機の開発が進められていると報告した。NASAはこの着陸機がアルテミスVIIまでに完成し、運用開始されると見込んでいる。^{[ 12 ]}この貨物専用着陸機はNASAによって有人輸送着陸機と呼ばれ、2024年6月現在、NASAが現在の月探査推進の下で利用できる最大の積載量を誇る着陸機となる。^{[ 13 ]}

スターシップ推進剤移送実証は、楽観的に2026年に予定されている。LOXSATからの軌道上燃料補給と貯蔵に関する知見が重要な役割を果たす可能性がある。^{[ 14 ]}

地球からHLS機が打ち上げられる前に、推進剤貯蔵庫として構成されたスターシップが地球周回軌道に打ち上げられ、その後、推進剤を運ぶ4～14回のスターシップタンカー飛行によって部分的にまたは完全に燃料が充填される予定である^{。[ 15} ]^{そのため、}この宇宙船は、スターシップブースター（スーパーヘビーと呼ばれる）およびNASA HLS契約以前にすでに計画されていた2つの追加のスターシップ宇宙船バリアント、「タンカー」および「推進剤貯蔵庫」と併用して使用される予定である。 ^{[ 16 ]}

マスク氏は2021年に「4～8回」のタンカー打ち上げが必要になると述べた。^{[ 17 ]}同年、米国会計検査院（GAO）はSpaceXが「合計16回の打ち上げを必要とする」と述べ、^{[ 18 ]} 2023年にはNASAの職員が、1回の月面着陸に必要なスターシップの打ち上げ回数は「10回台後半」になると推定した。^{[ 18 ]} 2024年には、SpaceXの顧客業務担当副社長が、タンカー打ち上げ回数は「10回程度」になると推定したが、この数は変更される可能性がある。^{[ 19 ]}スケジュール上の制約を維持し、液体極低温推進剤の蒸発による損失を抑えるためには、打ち上げは短期間に連続して行う必要がある。^{[ 20 ]}

その後、スターシップHLS機は打ち上げられ、既に燃料が積載された燃料貯蔵庫とランデブーして燃料を補給し、地球軌道から月軌道へ移行する。 ^{[ 21 ]}

HLSが月のほぼ直線的なハロー軌道（NRHO）に入ると、オリオン宇宙船がスペース・ローンチ・システムロケットで打ち上げられ、待機しているスターシップHLS着陸船^{[ 21 ] [ 22 ]： 4、5}にドッキングして乗客を乗せ、月面へ降下し、上昇後に帰還する^{[ 22 ]} 。乗組員のうち2～4人がHLSに乗り移ると、HLSは出発して月面へ降下する^{[ 22 ]： 4、5。月面}活動後、スターシップHLSは月面から離陸し、オリオンとランデブーするために月周回軌道に戻る^{[ 22 ]： 4、5 。その後、乗組員はオリオンに乗り移り、地球へ出発する。まだ確認されていないが、スターシップHLSは理論的には軌道上で燃料補給され、より多くの乗組員と貨物を}月面に運ぶことができる^{[ 23 ] [ 24 ] 。}

2010年代初頭、NASAは当初、オリオン宇宙船とスペース・ローンチ・システム（SLS）を使用して宇宙飛行士を月に着陸させる計画を立てていました。オリオンカプセルの設計は、2000年代に中止された有人月探査計画であるコンステレーション計画から引き継がれました。 ^{[ 25 ]} SLSは、2011年のスペースシャトルの退役後、 NASAがスペースシャトルの後継機として開発し、そうでなければ失われていたであろうシャトル関連の雇用を強化するために開発された打ち上げロケットです。 ^{[ 26 ] [ 27 ]} SLSは、アポロ計画でサターンVロケットが行ったように、オリオンを低月周回軌道に打ち上げることはできません。^{[ 28 ]}

SLSがオリオンを月に最も近づけることができるのは、月へ接近する楕円軌道であるNRHOへの投入である。^{[ 29 ]} NRHOから月へ降下するには、低月周回軌道から降下する場合よりもかなり多くのエネルギーが必要であり^{[ 28 ]}、6.5日に1回しか降下できない。^{[ 30 ]}

これらの課題に対処するため、NASAは2018年に民間企業に対し、有人月着陸システム（HLS）の開発に関する提案依頼書を発行した。 ^{[ 31 ] [ 28 ]} HLS月着陸船は地球からNRHOまで移動し、そこでオリオンと合流し、月に着陸し、その後NRHOに戻って再びオリオンとドッキングできるはずである。^{[ 32 ]}

SpaceXは、火星を植民地化するという目標を達成するために、2000年代から大型の惑星間宇宙船を開発する計画を立てていました。^{[ 33 ]} NASAの有人着陸システム提案の要請に応えて、SpaceXは基本となるStarshipの設計を改良し、NRHOから2人の宇宙飛行士を月に着陸させるというNASAのミッションに適したStarship HLSを開発しました。^{[ 34 ]}

NASA専用のスターシップ派生型に関するNASAとの契約に基づく初期設計作業は、SpaceXが「オプションA」と呼ばれるアルテミスIIIプログラムの賞に選ばれた2020年5月に開始され、本格的な開発のための選定と資金提供は、アルテミスIIIミッション^{[ 4 ]}で「初の女性と次の男性」を月に着陸させるためにNASAがスターシップHLSを選定した2021年4月に行われた（その後、NASAによってアルテミスIVまで延期された^{[ 35 ]}）。

スターシップ月着陸船の選定

^{2021年、NASAはSpaceXと、スターシップHLS月着陸船の開発と製造[ 4 ]} 、および無人実証ミッションと有人月面着陸の2つの運用飛行の実施のために、数年にわたって総額28億9000万米ドルの固定価格契約を締結した^{[ 36 ] [ 21 ] 。}

スターシップHLSは、人類を月面に着陸させることを目的としたアルテミス計画の一環として、NASAが2020年4月に設計研究のために最初に選定した際に初めて公表されました。SpaceXは、 2020年5月から1年間かけてアルテミス計画のための競合する月着陸船設計を開発するために選ばれた3つのチームの1つでした^{[ 37 ] 。 [ 37 ]}

検討対象となった他の着陸機は、航空宇宙メーカーのダイネティクスが提案したダイネティクスHLSと、ブルーオリジンが率いるチームが提案した統合着陸機であった。^{[ 23 ]} NASAは後にこれらの着陸機のうち最大2機を選定し、初期実証飛行を継続するための資金を提供する予定であった。^{[ 38 ] [ 24 ]}

2021年4月16日、NASAは有人月着陸船の開発にStarship HLSのみを選定し^{[ 4 ]} 、2024年以降に無人および有人の月面デモンストレーション飛行を2回実施することを決定した。契約は数年にわたり総額28億9000万米ドルと評価された^{[ 36 ] [ 21 ]} 。NASAのアルテミス計画の宇宙飛行士2名が、Starship HLSによる初の有人着陸に搭乗する予定である^{[ 39 ]} 。NASAは以前、能力の異なる複数の有人月着陸システム提案の開発に資金を提供することを希望すると述べていたが、米国議会が課した有人月着陸システム計画の予算上の制約が大きかったため、「最初の無人デモンストレーションと最初の有人着陸には1つの設計のみが選ばれた」^{[ 21 ]}。NASAは、選定されなかった提案（ Dynetics HLSとBlue Origin Integrated Lander Vehicle ）および他社の着陸船は、後の月面着陸契約の対象となる可能性があると述べた。^{[ 21 ]}    

競合他社からの反対

2021年4月26日、ブルーオリジンとダイネティクスはそれぞれ、スペースXへの契約授与について米国会計検査院（GAO）に正式な抗議を提出した。^{[ 40 ]} 2021年7月30日、GAOは両方の抗議を却下し、NASAアルテミス計画において、はるかに低コストでより高性能な有人・貨物月面着陸能力を提示したスペースXに契約を授与したことは「NASA​​の調達法違反ではない」と判断した。^{[ 40 ] [ 41 ]} GAOが異議申し立てを却下した直後、NASAはスペースXに最初の3億ドルの契約金を支払った。^{[ 42 ]}抗議行動により、NASAは契約に基づく作業の承認を遅らせ、スペースXの作業開始を95日間遅らせた。^{[ 43 ]}ブルーオリジンは、スターシップHLSの複雑さを強調するインフォグラフィックポスターを作成した。例えば、スターシップHLSが使用するような極低温燃料による軌道上での燃料補給はこれまで実証されたことがないという事実などを挙げつつ、その設計には「実績のある技術」が使用されていると述べている。^{[ 44 ]}

2021年8月13日、^{[ 45 ]} ブルーオリジンは、NASAによる提案の違法かつ不適切な評価を問題視し、米国連邦請求裁判所に訴訟を起こした。 ^{[ 43 ] [ 46 ]}ブルーオリジンは、NASAがスペースXとの既存の契約にこれ以上支出することを差し止めるよう裁判所に求め、^{[ 47 ]}スペースXが4月に作業を中断されてからわずか3週間後にスターシップHLSのNASA固有の部分に取り組むことを許可された後、NASAは8月19日に契約の作業を停止した。^{[ 45 ]}訴訟に対する反応は否定的で、多くの人がブルーオリジンがアルテミス計画に不必要な遅延を引き起こしたと批判した。^{[ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]}

2021年11月4日、裁判所は連邦政府の訴訟却下申し立てを認め、^{[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]} NASAはSpaceXとの作業をできるだけ早く再開すると発表した。^{[ 54 ]}

アルテミスIV契約（「オプションB」）

2022年3月23日、NASAは、当初のSpaceX HLS契約に基づくオプションBを行使し、アルテミスIIIの後に第2世代のスターシップHLS設計による実証ミッションを実施すると発表した。^{[ 55 ]}

2022年11月15日、NASAはSpaceXに11億5000万米ドル相当のオプションB契約変更を授与し、この有人着陸はアルテミスIVの一部として実施されると発表した。^{[ 56 ]}オプションB HLSは、NASAの「持続可能な」HLSの要件を満たす。これには、4人の乗組員をサポートする能力と、より多くの質量を地表に運ぶ能力が含まれる。^{[ 56 ]}

その後の関連するNASAとの契約

NASAがオプションA契約をSpaceXに授与した後、議会はNASAに対し、2番目の持続可能なHLS設計のためにHLSプログラムを延長するよう指示したが、その要件はSpaceXではなく別の企業によるものでなければならないというものだった。NASAは「付録P」を作成し、有人実証飛行としてアルテミスVで使用される着陸機を指定することで対応した。2023年5月、ブルーオリジンは、ブルームーン月着陸機の開発のためにNASAから34億ドルを授与された。^{[ 57 ] [ 58 ]} NASAは、アルテミスVの後、スターシップHLSオプションBとブルームーン着陸機がアルテミスミッションで競争できるようにする予定である。

2021年、NASA監察総監室（OIG）は、HLS開発スケジュールが他の主要なNASA宇宙飛行プログラムと比較して非現実的であると警告した。^{[ 22 ]： 14-15}過去15年間の宇宙飛行プログラムは契約締結から最初の運用飛行まで平均8.5年かかっているのに対し、HLSプログラムはその約半分の時間でそれを達成しようとしていると述べた。^{[ 22 ]： 14-15}対照的に、NASA OIGは、アポロ月着陸船は契約締結からアポロ11号ミッションでの打ち上げまで約6年かかり、インフレ調整後の「大幅に高いレベルの資金」を受けていたと指摘した。^{[ 22 ]： 14} HLS基本期間の契約締結日（2020年5月）と最近の主要なNASA宇宙飛行プログラムの平均遅延に基づいて、HLSプログラムは運用飛行までに最大3.4年の遅延に直面する可能性があると推定した。^{[ 22 ] : 16}

2023年6月、NASAのHLS開発オフィスの探査システム開発責任者であるジム・フリー氏は、契約からSpaceXにさらなる資金が支払われる前に必要なスターシップHLSの重要な設計審査が、SpaceXが軌道上での燃料補給実証ミッションを完了するまで延期されたと述べた。^{[ 59 ]} NASAの月と火星の探査戦略責任者は、アルテミスIIIが2025年から2026年に延期されたのは、契約業者（SpaceXとロッキード・マーティン）との「開発上の課題」が一因であると述べた。^{[ 60 ]}

2023年11月、米国会計検査院（GAO）は米国議会への報告書で、アルテミス計画が開発において直面しているいくつかの課題を概説した。^{[ 61 ]} 2023年9月時点で、NASAのHLS計画は13の主要イベントのうち8つを少なくとも6か月遅らせており、^{[ 61 ]} 2つのイベントは打ち上げの年（当時2025年）まで延期されていると指摘した。^{[ 61 ]} GAOはまた、ラプターエンジンの開発を同計画とその2025年のタイムラインに対する「最大のリスク」と特定したが、SpaceXはラプターエンジンの背後にある技術は比較的成熟していると考えていた。^{[ 61 ]} GAOは、SpaceXが軌道上での燃料補給と極低温推進剤貯蔵に必要な技術の成熟化において限定的な進展しかしていないと指摘した。^{[ 61 ]} GAOは議会への報告書で、アルテミスIIIの有人月面着陸は2025年には実現しそうになく、2027年初頭の打ち上げの方が可能性が高いと結論付けた。^{[ 61 ] [ 62 ]}

NASAの宇宙飛行士は2023年12月にエレベーターのコンセプト（スターシップHLSのキャビンと月面間の乗員移動）をテストした。^{[ 63 ]}

2024年1月、NASAとSpaceXは、無人スターシップHLSの月面着陸および上昇試験は2025年に実施される予定であり、アルテミスIIIは2026年9月以降に延期されると発表した。^{[ 64 ]}この遅延は、アルテミスI中のオリオンの耐熱シールドの問題が一因であった。^{[ 65 ]}その後、試験は2027年まで延期された。^{[ 35 ]}

2024年2月、SpaceXは生命維持システムの完全なテストを完了し^{[ 66 ]}、NASAはスターシップHLSからオリオンへのドッキング転送システムの本格的なテストを実施した^{[ 67 ]} 。同じ月、NASAはSpaceXが発電、通信、誘導および航法、推進、生命維持、宇宙環境保護に必要なハードウェアを定義し、テストすることにより、30を超えるHLS固有のマイルストーンを達成したと発表した^{[ 67 ] 。}

2024年3月14日、SpaceXは統合飛行試験3で船内極低温推進剤移送の試験に成功した。^{[ 68 ]} 2024年4月、NASAは着陸船の貨物専用バージョンの開発が進められていると報告した。NASAはこのバージョンがアルテミスVIIまでに準備が整い、運用開始されると予想していた。^{[ 69 ]}

2024年9月10日に開催された米国下院宇宙航空科学小委員会の会合で、ブライアン・バビンとヘイリー・スティーブンスは、ブルーオリジンとスペースXのHLS着陸機はどちらも商業ライセンスを使用して打ち上げられるため、FAAのパート450商業打ち上げおよび再突入規則に基づくライセンス処理のペースがアルテミス計画に影響を与える可能性があるとの懸念を表明した。^{[ 70 ]} FAAによるスターシップ飛行試験5の2か月のさらなる延期を受けて、スペースXは、政府の書類手続きにより、アルテミス計画へのコミットメントを果たすためにスターシップを迅速に飛行させることができないと述べた。^{[ 71 ]}

2024年10月、NASAは、艦船間推進剤移送実証のための飛行試験キャンペーンは2025年3月頃に開始され、NASAによる設計認証レビューが行われる夏に試験が完了する予定であると発表した。 ^{[ 11 ] : 3:56–4:24} 2026年3月現在、実証も設計認証レビューも行われていない。

2025年10月、NASAはスターシップの開発の度重なる遅延のため、アルテミスIIIミッションの契約を再開する計画を立てた。 ^{[ 72 ] [ 73 ]}