人工衛星はお互い絶対ぶつからない？

質問

こんにちは。

単純な質問なんですが、宇宙に浮かぶあまたの人工衛星はお互いにぶつかることは絶対ないのでしょうか？そりゃあれだけ広い空間ですから数メートルのものがぶつかる確立なんてめちゃくちゃ低いとは思いますが、それは打ち上げ前に、現在浮かんでいる全ての人工衛星の軌道を解析して、ぶつからない高度やコースに打ち上げるのでしょうか？　だとしたらものすごいデータベースがあるのかな。。。？

ご存知のかたどうか教えてください。

回答No.3

aster · ベストアンサー

＞宇宙に浮かぶあまたの人工衛星はお互いにぶつかることは絶対ないのでしょうか？

ぶつかることがあると考えるのが自然です。人工衛星発射破片・残骸等（デブリ）との衝突を除外しても、人工衛星は、あまり高い軌道にありませんから、衛星の数が増え、大気摩擦等で、初期計画軌道からのずれが出てくれば、衝突軌道に二つの人工衛星がなりえることは、多いにあることです。

ただ、人工衛星は小さいので、ニアミスとか、１００メートル以内の接近通過などはあるかも知れませんが、まともな衝突軌道はやはり稀です。

＞現在浮かんでいる全ての人工衛星の軌道を解析して、ぶつからない高度やコースに打ち上げるのでしょうか？　だとしたらものすごいデータベースがあるのかな。。。？

コンピュータ計算技術があるのと、精密観測装置があるので、大したことではありません。一つの人工衛星は、外力の作用を無視すると、基本的に最大９個の自由度変数で軌道が決まっています。実際は９個よりも少ないです。

９個というのは、人工衛星の或る瞬間の位置座標が３、運動量成分が３、そしてその時の地球の位置座標が３で、合計９個です。人工「衛星」ですから、９個も自由度はないのです。（地球が、静止しているとした場合の近似計算ですが）。

この自由度の軌道と、新しい人工衛星の軌道要素を方程式に入れて、衝突軌道解が出るかどうか計算すればよいので、こういう軌道計算は、半世紀前だと、たいへんなことでしたが、いまは、大型計算機か、並列電子計算機であっというまに計算できます。人工衛星が何万とあっても、大した数ではありません。

また、位相数学を使った衝突軌道解の解析計算などもあります。衝突するかしないかを判定するのは、すべての軌道状態の計算は必要ないということになります。

しかし、実際は、人工衛星は、大気との摩擦で、軌道が徐々に降下して来るのであり、宇宙塵や微小デブリとの衝突でも少しづつ軌道が変化して行きます。（デブリというのは、英語で、debris と書き、破片とか断片、屑の意味で、機械工学などではよく出てきます。削り屑などです）。

従って、人工衛星を定期的観測し、軌道要素の変化を更新する必要があります。大きなデブリは観測できますから、デブリと衝突軌道にある場合は、人工衛星を動かす必要があります（人工衛星と人工衛星の場合も同じです。軌道を変えて、衝突しないようにします）。これは面倒であり、また、人工衛星が搭載している軌道変更用のエネルギー源は限りがあるので、そう頻繁に修正はできません。

人類が、これ以上、人工衛星を打ち上げない場合、何万年か何十万年か、それ以上かも知れませんが、すべての人工衛星は地上に落下して来ます。その過程で、衝突し合う人工衛星もあるでしょう。

人工衛星同士の衝突は、人工衛星に価値があると、損失になりますが、衝突が起こっても、壊れて破片がばらまかれる程度で、大したことではないということになります。

しかし、今後も人工衛星を打ち上げ、それらが巨大なもので、落下軌道にやがて入るとすると、地上からエネルギー・ビームか何か、または迎撃ミサイルのようなもので、打ち落とす準備をしないと、確率的に、かなり大きな人工衛星破片が大都市などに落ちてくる可能性もあります。

現在は、安全なところに落ちるように、計算して減速をかけ、落下させるようにしていますが、人工衛星やデブリなどが、あまりに増えすぎると、相互の重力作用も関係して来て、運動予測が難しくなってくる可能性があります。

お礼

軌道計算については興味はあるのですが、ほとんど知らなくて、大変興味深く、そしてためになるお話でした。計算で求められるとは・・・

いつかボロボロと妙なものが落ちてくる時代がくるんですかね～　全て燃え尽きるなり、対策を考えてほしいものですね。ガンダムじゃないですが、ステーション規模のものが落ちてきたら・・・ぞっとしますね。

たくさんの情報ありがとうございました！