kfujitoの徒然（ｂｙ浮沈子）

超同期遷移軌道


静止軌道に直接投入しないまでも、衛星側の燃料を節約し、かつ、若干の早期運用開始に繋げることが出来るという有難い話がある。

スーパーシンクロナストランスファーオービットと言うそうだ（スーパーシンクロナス軌道とも）。

（スーパーシンクロナス・トランスファー軌道）
http://kfujito2.asablo.jp/blog/2016/02/19/8022738

「・・・6万kmや10万kmといった、ぐんと高い軌道に衛星を乗せる。」

「すると、遠地点で衛星がもつ運動エネルギーの多くが位置エネルギーに変換されるため、軌道傾斜角の変更が、通常の静止トランスファー軌道からおこなうよりも少ない燃料でできるようになる。最終的に遠地点高度を静止軌道と同じ高さまで下げる必要はある・・・」

以前、記事にした記憶があったのでグーグル検索したら、上位でヒットしてしまった！。

単なる引用記事なので、申し訳ない気もする（元記事は鳥嶋さん）。

（天候に逆らって、SpaceX はユーテルサット ブロードバンド プラットフォームを軌道に送ります）
https://spaceflightnow.com/2022/11/23/defying-weather-odds-spacex-sends-eutelsat-broadband-platform-into-orbit/

「第 2 段エンジンは、ユーテルサット 10B 宇宙船を「超同期」トランスファー軌道に投入するために 2 回点火」

「米軍の追跡データによると、ロケットはユーテルサット 10B を、高度 162 マイルから 37,177 マイル (261 x 59,831 キロメートル) の範囲の非常に楕円形または楕円形の軌道に、赤道に対して 22.8 度の傾斜で展開」

中継映像は見ていないんだが、教科書的な超同期遷移軌道への投入な感じだ。

「Eutelsat 10B は、ソーラー パネルを展開し、プラズマ スラスターを使用して、赤道上で約 22,000 マイル (約 36,000 キロメートル) の軌道を周回し、惑星の自転に合わせて地球を周回します。低推力だが高効率の電気推進システムは、ユーテルサット 10B がサービスを開始する前に軌道調整を実行するのに数か月かかります。」

「衛星を超同期転送軌道に展開することで、最終的な運用静止軌道に到達するまでに必要な時間が約 10 日短縮」

「打ち上げ時の衛星の重量は約 5.5 トン」

「2023 年の初夏にサービスを開始する予定」

軌道調整期間の短縮効果は限定的だが、おそらく衛星側の燃料の節約には相当貢献しているんだろう。

（ユーテルサット 10B）
https://space.skyrocket.de/doc_sdat/eutelsat-10b.htm

「推進：プラズマスラスター」

「一生：15年間」

まあいい。

（SpaceX は 1 か月で 3 番目の Falcon ブースターを消費します）
https://www.teslarati.com/spacex-expends-three-falcon-booster-one-month/

「超同期 GTO を使用すると、衛星は軌道をより効率的に円軌道に乗せることができ、推進剤を大幅に節約できます。静止局維持のコストが比較的低いということは、少量の推進剤を節約するだけでも衛星の寿命を延ばすことができ、その生涯で生み出せる収益の最大額を増やすことができることを意味します。」

「さらに、より高い軌道により、ユーテルサット 10B は数週間早く顧客へのサービスを開始できるようになります。」（ホントかあ？。）

「SpaceX は 1 か月で記録的な 3 台の Falcon ブースターを消費」

まあ、そのうちの一つはヘビーのセンターコアだがな。

もう一つは、先日記事にしたインテルサットのギャラクシー３１／３２だ。

（ファルコン９：久々の使い捨て）
http://kfujito2.asablo.jp/blog/2022/11/13/9540756

「・ギャラクシー３３／３４（ノースロップ グラマン）：低めのＧＴＯ（遠地点１．６万ｋｍ以上：約１９８００ｋｍだそうです）から自力で運用軌道まで上昇：液体燃料エンジン：１段目再使用：運用まで１～２か月
・ギャラクシー３１／３２（マクサー）：高めのＧＴＯ（遠地点６万ｋｍ）から自力で運用軌道まで上昇（下降？）：液体燃料エンジン（未確認）：１段目使い捨て：運用まで１～２か月
・ＳＥＳ２０／２１（ボーイング）：ほぼ静止軌道に直接投入：電気推進（プラズマエンジン）：お値段高いアトラスＶ531（直径 5.4 メートルのペイロード フェアリングと 3 つの固体ロケット ブースター＋１基エンジンのケンタウロス上段：ロングコースト対応に改修済）：運用まで数週間」

これをみると、ギャラクシー３１／３２もスーパーシンクロナストランスファー軌道だったということなわけだ。

５Ｇ対策のための周波数シフトに伴う衛星と異なり、今回のユーテルサット（１０Ｂ）は前任衛星（１０Ａ）の代替だから、それ程サービスインを急ぐ必要はない（前任衛星の寿命は２０２３年まで）。

同じ電気推進で、ほぼ静止軌道に直接投入されたＳＥＳ２０／２１との違いだな。

衛星の製造期間、調達できるロケット、選択可能な打ち上げ軌道、サービスインの時期、軌道調整の方法、衛星寿命、エトセエトセ・・・。

なんだかんだ言って、静止軌道衛星の打ち上げは、ロケットの華だ。

最近の流行で、電気推進で運用の長寿命化を図るようになってきたけど、今でも液体燃料を大量に搭載する衛星もあるからな。

そういった衛星の重量は６トン以上になることもあるし、今回のように電気推進でありながら、５トンを超えてくるのもある。

そういうのを、一気に押し上げて高高度遷移軌道や直接投入する時代になってきた。

米国の軍事衛星とかは以前から行っているようだし、ロシアは打ち上げ地点の緯度が高いことから、前々から行ってはいるけどな。

今回、たまたま、打ち上げ時期が近かったこともあって、いろいろなパターンを見ることができる良い機会となった。

我が国の基幹ロケットであるＨ２Ａも、静止軌道打ち上げ能力を持っている。

（H-IIAロケット）
https://ja.wikipedia.org/wiki/H-IIA%E3%83%AD%E3%82%B1%E3%83%83%E3%83%88

「静止移行軌道：4,000 kg / 6,000 kg（4基）
250 km x 36,226 km / 28.5度」（静止化増速量1,830m/s）

「ロングコースト静止移行軌道：2,900 kg / 4,600 kg (4基)
近地点高度2,700 km / 20度 / ⊿Ｖ=1500m/s」（スーパーシンクロナストランスファ軌道とは異なります：アポジーは３６０００ｋｍで通常のＧＴＯと同じ）

「スーパーシンクロナストランスファ軌道：2,500 kg／4,400 kg(4基)
遠地点高度80,000km／近地点高度500 km／軌道傾斜角約20度」

軌道要素が異なるので直接の比較はできないけど、固体燃料ブースターをしこたま付ければ、それなりの性能を発揮できるようだ。

ちなみに、Ｈ２Ａは、固体燃料ブースターを２基付けていないと、離床することすらできない（それが基本形）。

Ｈ３が安定して飛ぶようになれば、やがて置き換えられていくけどな。

現状では、使い捨てのファルコン９には敵わない。

（H3ロケット）
https://ja.wikipedia.org/wiki/H3%E3%83%AD%E3%82%B1%E3%83%83%E3%83%88

「ロングコースト静止移行軌道：6,500 kg 以上（H3-24S/L）
近地点高度2,700 km / 20度 / ⊿Ｖ=1500m/s」

「2018年5月より2022年10月まで120回を超える高頻度かつ全ての打上げに成功し高信頼性を誇るファルコン9ブロック5の限界費用は1500万ドルと安価であり、H3ロケットが信頼性とコストの両面で対抗出来るかは危うい」（1500万ドル≒２０億円）

「2021年5月12日、文部科学省は、使い捨て型のH3ロケットが50億円でコストで競争力に欠けるため、2030年打上げ目標の次世代機の第1段を再使用型にし、現在のファルコン9ブロック5に近い25億円というコスト半減を狙う方針を固めた」

それでも届かないなあ・・・。

「また2040年代には更にコストを削減し1回の打上げをH3ロケットの10分の1、5億円とするとしている」

夢でも見てるんじゃないのかあ？。

２段目の再使用化に取り組まない限り、そのコストは実現できない。

また、固体燃料ブースターを使う限りは不可能だ（１基２０億円くらいするからな）。

固体燃料ブースターを使わなければ、Ｈ３の打ち上げ能力は極端に落ちる。

「太陽同期軌道：4,000 kg 以上（H3-30S/L）
500km円軌道」

これを標準静止軌道投入重量に当てはめることはできないけど、Ｈ２Ａでは同程度の打ち上げ重量を見込んでいる（夏季と冬季で異なるけど中間で４トン：H2A202型でのＳＳＯ）。

Ｈ３でも、たぶん、４トンくらいは上げられるかもしれない（未確認：H2A202型でスーパーシンクロナスだと２．５トンだとさ！）。

いずれにしても、使い捨てファルコンには対抗できず、５トン級の静止衛星は、高額な固体燃料ブースターを着けて（＋４０億円：２本）打ち上げることにならざるを得ない。

Ｈ３でも、既に商売にはならないということだな。

やれやれ・・・。

それでも、Ｈ２Ａに比べれば安上がりだから、政府系衛星を上げる分にはコスト削減に繋がる。

まあ、どうでもいいんですが。

ファルコン９は、その性能を既に２０１８年のブロック５で実現し、再使用という無敵の武器を掲げてコスト競争に打って出ている。

使い捨てでも無敵だけどな。

Ｈ３は、５年遅れで登場するが、同等の性能で比較すればコストで敗れる状況に変わりはない。

ファルコンには、ヘビーという必殺バージョンも控えている。

２０３０年代まで、勝負はお預けだな。

でもな、その頃には、少なくとも貨物版スターシップが飛んでいるだろうから、重工は逆立ちしても勝てないわけだ（１回の打ち上げコストは１億円を切ると言われている）。

２０４０年代に、５億円のロケットが出たとしても、まだ、貨物版スターシップには勝てない。

勝負は、２０５０年代以降に持ち越しだ（その頃には・・・）。

静止軌道への衛星打ち上げがロケット会社のドル箱なのは、たぶん、２１世紀前半までだろう。

その通信衛星としての機能が、低軌道コンステレーションに置き換えられていく時代が始まっている。

気象衛星とか、早期警戒衛星など、全球同時観測を行う機能については、静止衛星に一日の長がある。

太陽同期軌道（ＳＳＯ）についても、搭載するセンサーの性能の問題から、低軌道コンステレーションで置き換えることは難しいかも知れない。

それでも、時代は大きく変わろうとしている。

静止軌道衛星の打ち上げは、今後も一定の需要が見込まれるだろうが、それは多くの衛星需要の一部となっていくに違いないのだ。

スターリンクが成功すれば、潮目は変わる。

静止軌道から、低軌道へ。

少数の巨大衛星から、小型衛星の大規模コンステレーションへ。

ブログの標題は「超同期遷移軌道」としたけど、もう、検索でヒットすることは無くなるかも知れない（つーか、検索する人がいなくなる？）。

飛ぶ星や、静止は遠くなりにけり・・・。

＜以下追加＞ーーーーーーーーーー

（H-IIAが初めて飛行するスーパーシンクロナス軌道と、次世代ロケット「H3」）
https://news.mynavi.jp/techplus/article/h2a45-3/

「今回の打ち上げは、H-IIAロケットにとって初となる、「スーパーシンクロナス・トランスファー軌道(Super-Synchronous Transfer Orbit:SSTO)」への打ち上げとなる。」

記事は２０２１年１１月の時点で書かれている。

SSTOにまつわる話が、丁寧に解説されている。

インマルサット衛星の打ち上げについてはこちら。

（H-IIAロケット45号機打ち上げ成功！ インマルサット社の通信衛星搭載）
https://sorae.info/space/20211224-hiia45.html

「インマルサット社の通信衛星「Inmarsat-6 F1（I-6 F1）」を搭載した「H-IIA」ロケット45号機を種子島宇宙センターから打ち上げました。I-6 F1は離陸から約26分後に切り離され、打ち上げは成功しています。」

電気推進衛星だからな。

静止軌道に到達するまでには時間がかかる。

これからは、そういうのが多くなるだろうから、SSTOにあげる需要も多くなってくるかもしれない。

もう、特殊な、珍しいオペレーションというわけではなくなるということだ。

通常のGTOが、衛星の推進力でペリジーを上げながら展開することは周知だ。

SSTOが、アポジー６万キロとかべらぼーなのがなぜかとか、ロングコースト静止移行軌道とどこがどう違うのかとか、今一つ、ピンとこない感じはするんだがな。

もう一度、記事を読み直してみるか・・・。