2015年11月24日、H-IIAロケット29号機が打ち上げに成功した。日本初の、民間静止通信衛星をロケットで打ち上げる商業サービスの成功だ。既に多くの報道がされているし、その特徴である「H-IIAロケット高度化」などについては以下の2つのニュース記事が詳しく、わかりやすい。

（外部リンク）世界よ、これが「高度化」だ – 今度のH-IIAロケットは一味違う

（外部リンク）H-IIA、悲願の静止衛星商業打ち上げに成功 本格参入までまだまだ続く、曲がりくねった長い道

国産ジェット旅客機MRJの初飛行に続いて、三菱重工業を中心とした日本の航空宇宙産業が世界に打って出るという明るいニュースになったわけだが、このH-IIAロケット高度化とはどんなものなのか、少し違った視点から見てみよう。

30機の予約キャンセルから始まったH-IIAロケット

H-IIAロケットは開発開始直後の1996年に、30機の民間静止通信衛星打ち上げを受注していた。なんと、これまでに打ち上げたH-IIAロケットとほぼ同じ数の打ち上げ契約をしていたのである。しかし、先代のH-IIロケットが1998年と1999年に相次いで打ち上げに失敗。信頼性が疑われたことと、影響でH-IIAロケットの開発が遅れたこともあって、契約をすべてキャンセルされてしまった。ロケット打ち上げをとりまとめるために設立されたロケットシステム社も解散に追い込まれたため、2007年からはH-IIAロケットの主要メーカーである、三菱重工業がロケット打ち上げビジネスも担うことになった。

しかしロケットシステム時代から数えて約15年間も、静止通信衛星の受注ができなかったのには技術的な理由があった。先に挙げた記事で詳しく解説されていた「高度化」が必要だったのだ。高度化の詳細な解説はこれらの記事を参照して頂くとして、不思議には思われないだろうか。なぜH-IIAロケットは高度化する前に、30機もの衛星打ち上げを受注できていたのだろうか。よく説明されるような「高度化で衛星の寿命が延びる」ということであれば、以前にもその点は問題だったはずだ。

実は、この「衛星の寿命が延びる」というのは説明を簡単にするための、ちょっと誤魔化した説明なのだ。

H-IIAロケット高度化は「ダンクシュート」

静止軌道は、赤道上空36000kmを回る円軌道だ。この高さだと、人工衛星は地球1周にちょうど1日を要するので、地球の自転と一緒に回ることになり、地上からは止まって見えるわけだ。

ロケットで静止衛星を打ち上げるのは、バスケットボールのシュートに似ている。ロケットは地球に近い場所（と言っても地上からは100km以上の高さだが）で衛星を加速して分離し、高度36000kmまで「投げ上げる」。衛星はロケットから切り離された状態でボールのように飛んで行き、高度36000kmに達したら自分のエンジンで静止軌道に乗る。打ち上げロケットは、衛星を静止軌道まで運んであげるわけではないのだ。

ロケットが打ち上げられる場所によって、衛星が飛んで行く「向き」が変わる。赤道上のどこかから打ち上げられたロケットの場合、そのまま飛んで行けば衛星は赤道と平行に飛び、まっすぐに静止軌道に届く。しかし、赤道以外の場所から打ち上げた場合、ロケットは赤道に対して斜めに飛んで行くため、静止軌道に到着したときも斜めに飛んできてしまう。種子島の北緯は30度なので、約30度の角度で到着してしまうことになる。

そこで、H-IIAロケット高度化では、ロケット自身が衛星と一緒に高度36000kmまで飛んで行き、そこで衛星の向きを変えることにした。今までのロケットが床からボールを投げるシュートだとすれば、高度化したH-IIAは自分がジャンプしてゴールまで行き、そこで真正面からボールを投げ込む「ダンクシュート」だと思えばいい。

ロケット自身が高度36000kmまで行かなければならないので、ジャンプ力を鍛えなければならない。通常、H-IIAロケットで静止衛星を打ち上げる際には、離陸に必要な固体ロケットブースター（SRB-A）を2本使用するが、今回の29号機は4本に増強した。ダンクシュートに必要なジャンプ力というわけだ。

※ものすごく雑な説明だが、イメージしやすくするために思い切り簡略化しているのでご容赦願いたい。

今までは衛星の側で対応できていた

では、今までの高度化前のH-IIAロケットではどうしていたのだろうか。例えば、現在使われている気象衛星「ひまわり8号」を打ち上げたH-IIAロケット25号機は高度化型ではない。しかし、ひまわり8号の寿命が短いという話は聞かない。これは、ひまわり8号は最初からH-IIAロケットで打ち上げることが決まっていたので、「静止軌道に斜めに届く」ことを想定して設計されているからだ。

高度36000kmに到達した衛星は、自分のエンジンで静止軌道に乗り換える。このとき、まっすぐに到達した場合と斜めに到達した場合では、斜めの方が多くの燃料を使う。このため、斜めに到達する従来のH-IIAロケットでは衛星が多くの燃料を使ってしまうことになり「寿命が短くなる」と説明されることが多いのだが、ひまわり8号のようにあらかじめ多めに燃料を積んでおけば寿命が短くなることはない。その意味で「高度化しないと衛星の寿命が短くなる」というのは正しくない。

かつてH-IIAロケットが受注していた打ち上げ契約は、30機のうち20機がヒューズ社で、10機はスペースシステムズ・ロラール社。どちらも衛星メーカーだ。つまり、これらのメーカーはH-IIAロケットの「斜め打ち上げ」に対応した衛星を製造するつもりだったから、何の問題もなかったというわけだ

静止衛星打ち上げ市場の激変

しかし、そもそもどうしてそんなにたくさんの打ち上げを予約していたのか。それは、ロケットの打ち上げを予約しておかないと衛星が売れないからだ。衛星を製造しても、打ち上げてくれるロケットがなければ使えない。そこで衛星メーカーは、かなり先までロケットを予約しておかなければならなかった。しかも、1機種のロケットだけを予約していたら、そのロケットにトラブルがあったら全部の衛星が止まってしまう。当時圧倒的シェアだったアリアンロケットが止まっても打ち上げを続けられるよう、H-IIAロケットに白羽の矢が立ったのだった。

しかしその後、ロケット打ち上げ市場は激変する。まず、通信衛星の数そのものが伸び悩んだ。地上や海底の光ケーブルがどんどん高速化し、インターネットが普及したことで、衛星通信は災害対応や、海上や途上国など地上回線に頼れない通信を中心に使われるようになった。また、衛星の改良で寿命が延びて取り換え需要が減った。このため、21世紀に入っても通信衛星の打ち上げ数はあまり増えなかった。

一方で、ロケットの供給は増えた。アリアンロケットは、通信衛星1機を打ち上げるアリアン4から、2機を同時に打ち上げるアリアン5に移行した。さらにロシアのプロトン、ウクライナのゼニートなど旧ソ連系のロケットがアメリカ企業と組んで参入してくると、ロケット打ち上げは予約を押さえておかなくてもよくなってきた。むしろ、打ち上げのたびに価格競争した方が安い。

こうなると、衛星メーカーはどんどん衛星を作り、打ち上げロケットはその都度選ぶということになる。そして、衛星は最も多く打ち上げるアリアンロケットに合わせて設計される。こうなると、H-IIAロケットでアリアン用の「まっすぐ打ち上げ衛星」を打ち上げると燃料消費が多くなり寿命が短くなったり、そもそも打ち上げられないという問題が起きてしまったのだ。

実は無駄が多いダンクシュート

H-IIAロケットは高度化による「ダンクシュート」を可能にしたことで再度の受注に成功したわけだが、そもそもこの方法は無駄が多い。衛星だけでなくロケットも高度36000kmまで行って加速しなければならないから、無駄なエネルギーを使うのだ。

SRB-Aを2本使うH-IIA202型の場合、ひまわり8号のような従来通りの打ち上げ方法なら最大4.0tの衛星を運ぶことができるが、高度化による「ダンクシュート」の場合、2.9tの衛星しか載せられない。そこでSRB-Aを4本使うH-IIA204型にすると、「ダンクシュート」でも4.6t以上の衛星を運ぶことができるのだが、ざっくり言って、204型を使って202型相当の衛星しか運べないということになる。

今回の打ち上げは商業契約のため価格非公開だが、過去の政府打ち上げの費用を見ると、202型は100億円程度、204型は120億円程度。衛星の都合に合わせるために20億円も余計に掛かっている。また、従来の打ち上げ方法なら204型だと6.0tもの衛星を打ち上げられるため、大型化にも対応できる。

このように「ダンクシュート」は無駄が多いので、2016年に打ち上げ予定の気象衛星「ひまわり9号」も、従来通りの打ち上げ方法を使って202型で対応する。その方が安いからだ。

ロケットの「デファクトスタンダード」が変わる？

アリアンロケットに合わせて作られた衛星を打ち上げるため、かなり無理をして打ち上げているH-IIA高度化だが、もしかすると今後は状況が変わるかもしれない。それは、アメリカのスペースX社の急伸が理由だ。

スペースX社は新興の民間企業だが、独自に開発したファルコン9ロケットは1機70億円程度と、100億円のH-IIAよりかなり安い。そして、打ち上げられるフロリダの緯度は種子島とほぼ同じ、28度。ということは、ファルコン9も「斜め打ち上げ衛星」の方が都合がいいのだ。このため、衛星メーカーはファルコン9対応の衛星も製造するようになってきている。

よく考えてみると、赤道上にあるロケット発射場は、南米ギアナにあるアリアンスペースの発射場だけだ。日米のほか、ロシアや中国も赤道上からは打ち上げない。赤道からの「まっすぐ打ち上げ」はアリアンスペースだけの特別仕様で、むしろ世界で一般的なのは斜め打ち上げなのだ。そうなるとこれからは衛星メーカーも、斜め打ち上げに柔軟に対応できる衛星を作った方が安いロケットを選べる、ということになってしまい、アリアンスペースの優位性が失われる可能性すらある。

スペースX vs アリアンスペースの波に乗れるか

H-IIAロケットに替わって2020年から打ち上げられるH3ロケットは、SRBの本数を変えることで2t台、4t台、6t台程度の静止衛星を打ち上げられるロケットになる予定だ。もちろんH3ロケットはH-IIA高度化相当の機能を持っているので、この打ち上げ能力は「ダンクシュート方式」のときの数字。「斜め方式」のときは、もっと重い衛星を載せられるかもしれない。

アリアンスペースも次世代ロケット、アリアン6を開発中だが、こちらは赤道上から打ち上げるのでまっすぐ方式しかあり得ない。もともと最も効率が良い打ち上げ方式なので、逆に言うと伸びしろがない。

H3ロケットは最小構成で50億円程度を予定しているが、ファルコン9もさらに価格を下げる改良をすると予想されるので、スペースXにどのくらい対抗できるかはわからない。首位アリアンスペース vs 挑戦者スペースXというのが一般的な見方で、H3がそこにどれだけ食い込めるかという状況になるだろう。ただ、「発射場が北緯30度」というスペースXとH3の共通点が、スペースX仕様の衛星はH3にも適しているという意外なメリットをもたらしてくれるかもしれないのだ。

高度化には別の使いみちも

こうなると、せっかく開発した高度化も無駄になってしまうように見えるかもしれないが、そういうわけではない。他にも使いみちがあるのだ。

H-IIAロケット高度化の初打ち上げは、今回の29号機ではなく、小惑星探査機「はやぶさ2」を載せた26号機だった。地球を脱出するはやぶさ2の場合、「種子島から打ち上げるベストタイミング」と「地球を脱出するベストタイミング」が必ずしも一致しない。自転している地球の向きと、目的地の方角の両方を見計らう必要があるからだ。そこで26号機は、打ち上げ後にいったん地球を回る軌道に乗り、2時間後に地球脱出の噴射をした。こういう芸当ができるのも高度化の成果だ。

また、目立たない改良だが、高度化プロジェクトは電子機器の刷新も行っている。たとえば、GPSを使用してロケットの位置を自分で計算することで、地上からロケットの位置を監視するレーダーが不要になるようにしている。レーダーの維持費が不要になり、人手もかからないなど、H3にも引き継がれる重要な技術を一足先に取り入れた。H-IIA高度化プロジェクトはH3ロケットへ向けた「H-IIAロケット最終改良型」とも言えるだろう。