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宇宙船とは、宇宙空間を飛行し、そこで運用するように設計された乗り物です。[ 1 ]宇宙船は、通信、地球観測、気象学、航行、宇宙植民地化、惑星探査、人間や貨物の輸送など、さまざまな目的で使用されます。単段式軌道投入機を除くすべての宇宙船は、自力で宇宙に行くことはできず、打ち上げロケット（キャリアロケット）が必要です。
準軌道宇宙飛行では、宇宙船は宇宙空間に入り、地球を一周するのに十分なエネルギーや速度を得ずに地表に戻ります。軌道宇宙飛行では、宇宙船は地球または他の天体の周りの閉じた軌道に入ります。有人宇宙飛行に使用される宇宙船は、出発時または軌道上（宇宙ステーション）でのみ乗組員または乗客として人を乗せますが、ロボット宇宙ミッションに使用される宇宙船は自律的に、または遠隔操作で動作します。科学研究を支援するために使用されるロボット宇宙船は、宇宙探査機です。惑星の周りの軌道にとどまるロボット宇宙船は、人工衛星です。現在までに、パイオニア10号と11号、ボイジャー1号と2号、ニューホライズンズなどのごく少数の恒星間探査機だけが、太陽系を離れる軌道に乗っています。
軌道宇宙船は回収可能なものとそうでないものがある。ほとんどは回収不可能である。回収可能な宇宙船は、地球への再突入方法によって、翼のない宇宙カプセルと翼のある宇宙飛行機に分類できる。回収可能な宇宙船は、再利用可能なもの（スペースXのドラゴン宇宙船やスペースシャトルのオービターのように、複数回打ち上げられるもの）と使い捨てのもの（ソユーズ宇宙船など）がある。近年、多くの宇宙機関が再利用可能な宇宙船の開発に傾倒している。
人類は宇宙飛行を実現したが、軌道打ち上げの技術を持っている国はごくわずかである。ロシア（ロスコスモス）[ 2 ]、米国（NASA）[ 3 ] 、欧州宇宙機関の加盟国[ 4 ] 、日本（JAXA）[ 5 ]、中国（CNSA）[ 6 ]、インド（ISRO）[ 7 ]、イスラエル（ISA）、イラン（ISA）、北朝鮮（NATA）などである。さらに、いくつかの民間企業は、政府機関とは独立して軌道打ち上げの技術を開発済み、または開発中である。そのような企業の代表的な例として、SpaceXとBlue Originが挙げられる。
ヴェルナー・フォン・ブラウンが共同設計したドイツのV-2ロケットは、 1944年6月にドイツのペーネミュンデで高度189kmに到達し、最初の宇宙船となった。[ 8 ]スプートニク1号は最初の人工衛星である。1957年10月4日にソビエト連邦によって楕円低地球軌道（LEO）に打ち上げられた。この打ち上げは、新たな政治、軍事、技術、科学の発展をもたらした。スプートニクの打ち上げは単一の出来事であったが、宇宙時代の始まりを告げるものとなった。[ 9 ] [ 10 ]スプートニク1号は、技術的に最初のものとしての価値に加えて、衛星の軌道変化を測定することで、上層大気の密度を特定するのにも役立った。また、電離層における無線信号の分布に関するデータも提供した。衛星の擬似体内の加圧窒素は、流星物質を検出する最初の機会を提供した。スプートニク1号は、国際地球観測年中にカザフ・ソビエト社会主義共和国の第5チュラタム射場第1/5サイト（現在のバイコヌール宇宙基地）から打ち上げられた。衛星は時速29,000キロメートル（時速18,000マイル）で飛行し、軌道周回に96.2分を要した。また、20.005MHzと40.002MHzの電波信号を発信した。
スプートニク1号は地球を周回した最初の宇宙船でしたが、それ以前にも他の人工物体が高度100kmに到達していました。この高度は、国際航空連盟（FAI）が宇宙飛行と認める基準 としている高度です。この高度はカルマン線と呼ばれています。特に1940年代には、V-2ロケットの試験打ち上げが何度か行われ、そのうちいくつかは100kmをはるかに超える高度に達しました。
2016年現在、有人宇宙船を飛ばした国はソ連/ロシア、アメリカ、中国の3カ国のみです。最初の有人宇宙船はボストーク1号で、1961年にソ連の宇宙飛行士ユーリ・ガガーリンを宇宙に運び、地球を一周しました。ボストーク宇宙船を使用した有人ミッションは他に5回ありました。[ 11 ] 2番目の有人宇宙船はフリーダム7号と名付けられ、1961年にアメリカの宇宙飛行士アラン・シェパードを高度187キロメートル（116マイル）強まで運ぶ準軌道宇宙飛行を行いました。マーキュリー宇宙船を使用した有人ミッションは他に5回ありました。
ソ連の有人宇宙船には、ボスホート、ソユーズ、無人飛行したゾンド/L1、L3、TKS、そして有人宇宙ステーションのサリュートとミールがある。アメリカの有人宇宙船には、ジェミニ宇宙船、アポロ宇宙船（アポロ月着陸船を含む） 、スカイラブ宇宙ステーション、分離しない欧州のスペースラブと民間の米国のスペースハブ宇宙ステーションモジュールを備えたスペースシャトル、そしてスペースXのドラゴン2のクルードラゴン構成がある。アメリカのボーイング社も独自の宇宙船CST-100 （一般にスターライナーと呼ばれる）を開発し飛行させたが、有人飛行はまだ行われていない。中国は曙光を開発したが飛行させておらず、現在は神舟を使用している（最初の有人ミッションは2003年）。
スペースシャトルとソ連のブラン宇宙往還機（後者は無人試験飛行を1回行ったのみ）を除けば、回収可能な有人軌道宇宙船はすべて宇宙カプセルだった。
2000年11月から有人運用されている国際宇宙ステーションは、ロシア、米国、カナダ、その他数カ国による共同事業である。
無人宇宙船とは、人が搭乗していない宇宙船のことです。無人宇宙船は、人間の介入に対する自律性のレベルが様々です。遠隔操作、遠隔誘導、あるいは自律飛行などがあり、自律飛行とは、事前にプログラムされた一連の動作を、特に指示がない限り実行することを意味します。
多くの宇宙ミッションは、コストとリスク要因が低いため、有人運用よりも遠隔操作ロボットによる運用に適しています。さらに、金星や木星の近傍など、一部の惑星の目的地は、人間の生存には過酷すぎます。土星、天王星、海王星などの外惑星は、現在の有人宇宙飛行技術では到達するには遠すぎるため、遠隔操作ロボット探査機が探査する唯一の方法です。遠隔操作ロボットは、宇宙船を滅菌できるため、地球の微生物による汚染を受けやすい領域を探査することもできます。人間は多数の微生物と共存しているため、宇宙船と同じ方法で滅菌することはできません。また、これらの微生物は宇宙船や宇宙服内に封じ込めることも困難です。月、惑星、太陽、太陽系の複数の小天体（彗星や小惑星）を研究するために、複数の宇宙探査機が送られました。
無人宇宙船の特殊な分類として、宇宙望遠鏡があります。宇宙望遠鏡は、宇宙空間に設置され、天体を観測するために使用される望遠鏡です。最初に運用された望遠鏡は、 1968年に打ち上げられたアメリカの軌道天文台OAO-2と、 1971年に宇宙ステーション「サリュート1」に搭載されたソ連の紫外線望遠鏡オリオン1号です。宇宙望遠鏡は、観測対象の電磁波のフィルタリングや歪み（シンチレーション）を回避し、地上の天文台が直面する光害も回避します。最もよく知られている例は、ハッブル宇宙望遠鏡とジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡です。
貨物宇宙船は、食料、推進剤、その他の物資を輸送することで宇宙ステーションの運用を支援するなど、貨物を運搬するために設計されています。自動貨物宇宙船は1978年から使用されており、サリュート6号、サリュート7号、ミール、国際宇宙ステーション、天宮宇宙ステーションなどに物資を輸送してきました。
宇宙船の中には、有人宇宙船としても無人宇宙船としても運用できるものがある。例えば、ブラン宇宙往還機は自律的に運用できたが、手動操縦も可能だったが、乗員を乗せて飛行したことは一度もなかった。[ 12 ] [ 13 ]
その他の有人/無人両用宇宙船には、SpaceX Dragon 2 [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] 、 Dream Chaser [ 18 ] [ 19 ] 、およびTianzhou [ 20 ] [ 21 ]がある。
通信衛星は、トランスポンダを介して無線通信信号を中継および増幅する人工衛星であり、地球上の異なる場所にある送信機と受信機の間に通信チャネルを作成します。通信衛星は、テレビ、電話、ラジオ、インターネット、および軍事用途に使用されます。[ 22 ] 多くの通信衛星は、赤道上空22,300 マイル (35,900 km)の静止軌道にあるため、衛星は空の同じ場所に静止しているように見えます。したがって、地上局の衛星アンテナは、その場所に常に向けられており、衛星を追跡するために移動する必要はありません。その他は、地球低軌道で衛星コンステレーションを形成しており、地上のアンテナは衛星の位置を追跡し、衛星間を頻繁に切り替える必要があります。
電気通信リンクに使用される高周波電波は、見通し線に沿って伝搬するため、地球の曲率によって遮られます。通信衛星の目的は、地球の曲率を迂回して信号を中継し、地理的に離れた地点間での通信を可能にすることです。[ 23 ] 通信衛星は、広範囲の無線周波数とマイクロ波周波数を使用します。信号干渉を避けるため、国際機関は、特定の組織が使用できる周波数範囲または「バンド」に関する規制を設けています。このバンドの割り当てにより、信号干渉のリスクが最小限に抑えられます。[ 24 ]
貨物宇宙船または補給宇宙船は、貨物を運搬するために特別に設計されたロボット宇宙船であり、食料、推進剤、その他の物資を輸送することで宇宙ステーションの運用を支援することを目的としている。
自動貨物宇宙船は1978年から使用されており、サリュート6号、サリュート7号、ミール、国際宇宙ステーション、天宮宇宙ステーションへの物資輸送に利用されてきた。
2023年現在、国際宇宙ステーションへの物資補給には、ロシアのプログレス、アメリカのスペースX社のドラゴン2、シグナスという3種類の貨物宇宙船が使用されている。中国の天舟は、天宮宇宙ステーションへの物資補給に使用されている。
宇宙探査機は、深宇宙や地球以外の天体を探査するために送られるロボット宇宙船です。着陸機とは異なり、惑星の表面や大気圏ではなく、宇宙空間で活動します。ロボットであるため、高価で重い生命維持システムが不要となり（アポロ計画の有人月面着陸には、インフレ調整で1回の打ち上げに10億ドル以上かかるサターンVロケットが必要でした）、より軽量で安価なロケットが可能になります。宇宙探査機は、太陽系のすべての惑星と冥王星を訪れており、パーカー太陽探査機は、最も接近した地点で太陽の彩層内を周回しています。太陽系から脱出している宇宙探査機は5機あり、ボイジャー1号、ボイジャー2号、パイオニア10号、パイオニア11号、ニューホライズンズです。
重さ721.9キログラム（1,592ポンド）の同一のボイジャー探査機[ 25 ]は、木星、土星、天王星、海王星の珍しい一直線の並びを利用して、宇宙船が1回のミッションで4つの惑星すべてを訪れ、重力アシストを使用して各目的地に速く到達できるようにするために、 1977年に打ち上げられました。実際、探査機を打ち上げたロケット（タイタンIIIE）は、探査機を土星の軌道に送ることさえできなかったが、2023年現在、ボイジャー1号は秒速約17km （秒速11マイル）、ボイジャー2号は秒速約15km （秒速9.3マイル）で移動している。2012年にボイジャー1号が太陽圏を脱出し、 2018年にボイジャー2号がそれに続いた。ボイジャー1号は実際にはボイジャー2号より16日後に打ち上げられたが、ボイジャー2号は天王星と海王星を訪れることができるより長いルートを通ったのに対し、ボイジャー1号は天王星や海王星を訪れず、代わりに土星の衛星タイタンを通過することを選択したため、木星に早く到達した。 2023年8月現在、ボイジャー1号は160天文単位を通過しており、これは地球から太陽までの距離の160倍以上遠いことを意味します。これにより、太陽から最も遠い宇宙船となっています。ボイジャー2号は2023年8月現在、太陽から134天文単位離れています。NASAは、探査機の距離と宇宙線検出器からのデータをリアルタイムで提供しています。[ 26 ]探査機の出力低下とRTGの経年劣化のため、NASAは電力を節約するために一部の機器を停止しなければなりませんでした。探査機には、2020年代半ば、あるいは2030年代まで科学機器が稼働している可能性があります。2036年以降、両探査機ともディープスペースネットワークの範囲外になります。
宇宙望遠鏡または宇宙天文台は、宇宙空間に設置され、天体を観測するために使用される望遠鏡です。宇宙望遠鏡は、観測対象の電磁波のフィルタリングや歪みを回避し、地上の天文台が直面する光害も回避します。宇宙望遠鏡は、全天をマッピングする衛星（天文調査）と、特定の天体や空の一部、あるいはそれ以遠に焦点を当てる衛星の2種類に分けられます。宇宙望遠鏡は、地球に向けて衛星画像撮影を行う地球観測衛星とは異なり、気象分析、諜報活動、その他の情報収集に利用されます。
着陸機とは、地球以外の天体の表面に軟着陸する宇宙船の一種です。フィラエやアポロ月着陸船のように、燃料のみを使用して着陸する着陸機もありますが、多くの着陸機（および地球への宇宙船着陸）は、特に遠方の目的地ではエアロブレーキを使用します。これは、宇宙船が燃料を噴射して軌道を変え、惑星（または衛星）の大気圏を通過するようにするものです。宇宙船が大気圏に衝突することで生じる抗力により、燃料を使用せずに減速できますが、この過程で非常に高温になるため、何らかの耐熱シールドが必要となります。
宇宙カプセルは、少なくとも一度は宇宙から地球に帰還できる宇宙船の一種です。鈍い形状をしており、通常は必要以上の燃料は搭載しておらず、スペースプレーンとは異なり翼も持っていません。回収可能な宇宙船の中で最もシンプルな形態であるため、最も広く使用されています。最初の宇宙カプセルは、ソビエト連邦が建造したボストーク宇宙船で、人類初の宇宙飛行士ユーリ・ガガーリンを乗せて飛行しました。その他の例としては、ソビエト連邦が建造したソユーズ宇宙船や、 NASAが建造したオリオン宇宙船などがあります。
スペースプレーンとは、飛行機の形状をしており、飛行機のように機能する宇宙船のことである。その最初の例はノースアメリカンX-15スペースプレーンで、1960年代に2回の有人飛行を行い、高度 100キロメートル（62マイル）以上に到達した。この最初の再利用可能な宇宙船は、1963年7月19日に準軌道軌道で空中発射された。
最初の再利用可能な軌道宇宙機はスペースシャトルオービターでした。宇宙を飛行した最初のオービターであるスペースシャトルコロンビアは、ユーリ・ガガーリンの飛行20周年にあたる1981年4月12日に米国によって打ち上げられました。シャトル時代には6機のオービターが建造され、そのすべてが大気圏内を飛行し、5機が宇宙を飛行しました。エンタープライズは、ボーイング747 SCAの後部から打ち上げられ、カリフォルニア州エドワーズ空軍基地でデッドスティック着陸するために滑空する、接近および着陸テストにのみ使用されました。宇宙に飛行した最初のスペースシャトルはコロンビアで、続いてチャレンジャー、ディスカバリー、アトランティス、エンデバーが続きました。エンデバーは、1986年1月に失われたチャレンジャーの後継機として建造されました。コロンビアは2003年2月に再突入中に分解しました。
初の自律型再利用宇宙往還機は、1988年11月15日にソ連が打ち上げたブラン級シャトルであった。ただし、飛行は1回のみで、しかも無人飛行であった。この宇宙往還機は有人飛行を想定して設計され、アメリカのスペースシャトルに酷似していたが、ドロップオフブースターには液体燃料が使用され、メインエンジンはアメリカのスペースシャトルでいうところの外部燃料タンクの基部に配置されていた。資金不足に加え、ソ連崩壊の影響もあり、ブランのその後の飛行は実現しなかった。スペースシャトルはその後、必要に応じて自律的に大気圏再突入できるよう改良された。
宇宙探査のビジョンによると、スペースシャトルは老朽化と1回の飛行につき10億ドルを超える高額なプログラム費用を主な理由として、2011年に退役しました。シャトルの有人輸送の役割は、スペースXのスペースXドラゴン2とボーイングのCST-100スターライナーに置き換えられる予定です。ドラゴン2の最初の有人飛行は2020年5月30日に行われました。[ 27 ]シャトルの重量貨物輸送の役割は、スペースローンチシステムやULAのバルカンロケットなどの使い捨てロケット、および商業用打ち上げロケットに置き換えられる予定です。
スケールド・コンポジット社のスペースシップワンは、再利用可能な準軌道宇宙飛行機で、 2004年にマイク・メルビルとブライアン・ビニーの両パイロットを乗せて連続飛行を行い、アンサリXプライズを獲得した。スペースシップ・カンパニーは後継機のスペースシップツーを建造した。ヴァージン・ギャラクティック社が運用するスペースシップツーの機体は、有料乗客を乗せた再利用可能な民間宇宙飛行を2014年に開始する予定だったが、VSSエンタープライズの墜落事故により延期された。
スペースシャトルは、退役した再利用可能な低軌道打ち上げシステムです。2基の再利用可能な固体ロケットブースターで構成され、パラシュートで着陸し、海上で回収されました。NASAのSLSロケットのロケットに取って代わられるまで、史上最も強力なロケットモーターでした。打ち上げ時の推力は2,800,000ポンド（12 MN）で、すぐにブースター1基あたり3,300,000ポンド（15 MN）に増加しました。 [ 28 ]燃料はPBANとAPCPの組み合わせ、液体酸素/液体水素推進剤の組み合わせを使用する3基のRS-25エンジンを搭載したスペースシャトルオービター、そしてRS-25エンジンが燃料を調達する明るいオレンジ色の使い捨てスペースシャトル外部タンクで構成されていました。オービターは、NASAのケネディ宇宙センターから打ち上げられ、主にケネディ宇宙センターの一部であるシャトル着陸施設に着陸する宇宙往還機でした。2番目の打ち上げ場所であるカリフォルニア州のヴァンデンバーグ宇宙発射複合施設6は、シャトルの打ち上げに使用できるように改修されましたが、使用されることはありませんでした。打ち上げシステムは、東向きの低地球軌道に約29トン（64,000ポンド）を打ち上げることができました。各オービターの重量は約78トン（172,000ポンド）でしたが、オービターによって重量とペイロードが異なり、コロンビアが最も重く、チャレンジャーはコロンビアより軽いものの、他の3つよりは重かったです。オービターの構造は主にアルミニウム合金で構成されていました。オービターには乗員用の座席が7つありましたが、STS-61-Aでは8人の乗員が搭乗して打ち上げられました。オービターには幅4.6メートル（15フィート）、長さ18メートル（59フィート）のペイロードベイがあり、国際宇宙ステーションで使用されている改良版の15.2メートル（50フィート）のカナダアーム1も装備されていました。大気圏再突入時の極度の熱と宇宙の寒さからオービターを保護するために使用される耐熱シールド（または熱保護システム）は、重量と再突入時にシャトルの特定の領域が受ける熱量に応じて異なる材料で構成されており、その熱量は2,900以上から 温度は1,600 °Cから370 ° C未満まで変化した。オービターは手動操作だったが、シャトルが運用されている間に自律着陸システムが追加されていた。軌道マヌーバリングシステムと呼ばれる軌道上マヌーバリングシステムを備えており、軌道投入、軌道変更、軌道離脱噴射には、自己着火性推進剤であるモノメチルヒドラジン（MMH）と四酸化二窒素が使用された。
スペースシャトルの目標は打ち上げコストを大幅に削減することだったが、実際にはそうはならず、同種の使い捨てロケットよりもはるかに高額になってしまった。これは、高額な改修費用と外部燃料タンクの消耗が原因だった。着陸後、固体燃料ロケットブースター（SRB）とオービターの多くの部品を分解して点検する必要があり、これは時間と労力を要する作業だった。さらに、RS-25エンジンは数回の飛行ごとに交換しなければならなかった。耐熱タイルはオービターの特定の場所にそれぞれ設置する必要があり、複雑さが増した。加えて、スペースシャトルは耐熱タイルが非常に脆く、中には手で簡単に削り取れるほど脆いものもあり、多くの飛行で損傷していることも多かったため、かなり危険なシステムだった。 1981年から2011年までの30年間、135回の飛行を経て、スペースシャトルは維持費の高騰を理由に退役し、残りの3機のオービター（他の2機は事故で破壊された）は博物館に展示される準備が整えられた。
宇宙船の中には、一般的な宇宙船の分類にうまく当てはまらないものがあります。以下は、そうした宇宙船の一覧です。
スターシップは、アメリカの航空宇宙企業スペースXが開発中の宇宙船であり、第2段です[ 29 ]。ブースターであるスーパーヘビーの上に積み重ねられ、同名のスターシップ超大型宇宙船を構成します。この宇宙船は、地球軌道、月、火星、そして将来的にはそれより先など、さまざまな目的地に乗員と貨物の両方を輸送するように設計されています。最大100人の乗員による長期間の惑星間飛行を可能にすることを目的としています[ 29 ] 。また、地球上でのポイントツーポイント輸送も可能で、1時間以内に世界中のどこへでも移動できます。さらに、この宇宙船は、他のスターシップ機に燃料を補給して、より高い軌道や他の宇宙目的地に到達できるようにするために使用されます。スペースXのCEOであるイーロン・マスクは、ツイートで、スターシップの軌道へのペイロードと燃料満載のスターシップの燃料量から推測して、地球低軌道でスターシップに完全に燃料を補給するには8回の打ち上げが必要になると推定しました。 [ 30 ]月のような大気のない天体に着陸するために、スターシップはエンジンとスラスタを噴射して減速します。[ 31 ]
ミッション延長機は、別の宇宙船の寿命を延ばすために設計されたロボット宇宙船です。目標の宇宙船にドッキングし、その姿勢や軌道を修正することで機能します。また、自身の燃料を使って目標を正しい軌道に移動させることで、間違った軌道にある衛星を救出することもできます。このプロジェクトは現在、ノースロップ・グラマン・イノベーション・システムズによって管理されています。2023年現在、2機が打ち上げられています。1機目は2019年10月9日にプロトンロケットで打ち上げられ、2020年2月25日にインテルサット901とランデブーしました。衛星が最終的な墓場軌道に移動され、別の衛星とランデブーするまで、2025年まで衛星と共に留まります。もう1機は2020年8月15日にアリアン5ロケットで打ち上げられました。
宇宙機のアストロニクスシステムは、ミッションプロファイルに応じてさまざまなサブシステムで構成されます。宇宙機のサブシステムは衛星バスに搭載され、姿勢決定および制御（ADAC、ADC、またはACSなどと呼ばれる）、誘導、航法および制御（GNCまたはGN&C）、通信（comms）、コマンドおよびデータ処理（CDHまたはC&DH）、電力（EPS）、熱制御（TCS）、推進、および構造などが含まれます。バスには通常、ペイロードが取り付けられます。
1957年10月4日、スプートニク1号が軌道に打ち上げられ、宇宙時代が強制的に幕を開けた。
この記事には、パブリックドメインにあるこの情報源からのテキストが含まれています。この記事には、パブリックドメインにあるこの情報源からのテキストが含まれています。Starshipは、完全に再利用可能な宇宙船であり、Starshipシステムの第2段です。