NASAは月に大きな計画を持っている。アルテミス計画を通じて、NASAは「持続的な探査と月面開発」のプログラムを創設する計画だ。これには、月面への往復ミッションを容易にする軌道上の居住施設「ルナー・ゲートウェイ」の建設や、長期滞在を可能にする「アルテミス基地キャンプ」の設置が含まれる。商業月面ペイロードサービス（CLPS）プログラムを通じて、NASAはSpaceXやBlue Originなどの商業パートナーと契約し、科学実験機器や乗員を月面に輸送する。
しかし、これらの取り組みは最終的に、月面に恒久的な前哨基地と人間の存在を確立することを目指している。これには、長期的に乗員を維持するために、より多くの乗員と貨物サービスが必要となる。最近の白書「月面貨物」でNASAの研究者たちは、現在の貨物輸送能力と将来の需要の間に大きなギャップがあることを指摘した。この論文は、増大する貨物需要に対応するには「混合貨物着陸船団」の創設が不可欠だと指摘している。
主な調査結果
著者らが論文で指摘しているように、NASAの月から火星への建築定義文書（ADD）（改訂A）は、多様な着陸システムの必要性を挙げている。セクション3（サブセクション1.4.8.4）では、ADDはCLPSプログラムと、より大きな輸送システムの主題の一部として貨物着陸船の必要性に言及している：
「月面探査には、資産、機器、供給品を月面に輸送する必要がある。一部の供給品や機器はHLSで乗員と共に輸送される可能性があるが、貨物着陸船は堅固な探査のための追加の柔軟性と能力を提供する。探査キャンペーンのHLRセグメントでは、NASAのCLPSプロバイダー着陸船を通じて追加の貨物輸送が提供される可能性がある」。
これまでにNASAは、人類月面帰還（HLR）探査セグメント中にペイロードを輸送する14社を選定した。これには2019年11月に選ばれたSpaceX、Blue Origin、Ceres Robotics、Sierra Nevada Corporation、Tyvak Nano-Satellite Systemsが含まれ、これらは乗員と貨物を輸送する。また、2018年と2022年に科学実験機器の輸送契約を結んだ9社も含まれており、Firefly Aerospace、Intuitive Machines、Lockheed Martin Space、Moon Express、Astroboticなどがある。Astroboticは月面への最初の商業ミッション（Peregrine-1）を打ち上げたが、残念ながら月面着陸には至らなかった。
しかし、アルテミス計画がHLRから他のセグメントに移行するにつれ、貨物輸送の必要性は劇的に拡大するだろう。ADDで述べられているように、これには基礎的探査（FE）セグメントが含まれ、アルテミスIVとアルテミスV（現在2026年と2028年にそれぞれ計画されている）と同時期に行われ、NASAが「複雑な軌道および表面ミッションをサポートする月面能力、システム、運用を拡張する」ことになる。2031年にアルテミスVIが実施された後、NASAは年1回の有人ミッションを月に送ることを予定している。
この時点で、持続的月面進化（SLE）セグメントが始まり、「地域的およびグローバルな利用（科学など）、経済的機会、そして月の周辺および表面での人間の存在の安定したペースをサポートする能力、システム、運用を可能にする」ことになる。
増大する需要
月面着陸船と輸送システムの増大するニーズを評価するため、NASAはアルテミス計画の予定貨物と潜在的なニーズの代表的なサンプルを分析した。これらのニーズは再びセグメントごとに分類され、各サンプル項目は潜在的な質量範囲で表される（下表参照）。また、居住、移動システム、電力と通信、冷凍庫、様々な科学技術ペイロードのための一回限りのペイロード、そして食料、水、空気、予備部品、その他の必需品を含む定期的な物流輸送ミッションも含まれる。
著者らは、スターシップHLSを使用する初期の有人ミッション（アルテミスIIIとIV）は短期間であるため、着陸船は必要な供給品を運ぶことができると指摘している。しかし、将来のミッションでは、より長期の滞在、探査範囲、乗員の規模に対応するために、追加の表面要素が必要になるだろう。例えば、人類月面帰還セグメントが基礎的探査に移行するにつれて、サンプルの計画および潜在的ペイロードはこれらの増大するニーズを反映している。
例としては、月面移動車（LMV）、垂直太陽電池アレイ技術、移動式月面中継器、IPモビリティシステム、耐久ローバー、サンプル回収用冷凍庫、核分裂表面電源（FSP）原子炉（NASAのキロパワープロジェクトの拡張）などの輸送が含まれる。これらのペイロードにより、船外活動（EVA）、将来の居住施設のための電力と通信の提供、南極エイトケン盆地からのサンプル回収ミッションの実施が可能になる。
さらに、NASAはアルテミス基地キャンプを構成する要素の輸送を予定している。これには加圧ローバー（別名：居住可能モビリティプラットフォーム（HMP））と初期表面居住施設（月面基礎居住施設（LFSH））が含まれ、最終的には定期的な表面居住施設の設置につながる。また、HMPを操作する2人の乗員とLFSH内で活動する4人の乗員の物流ニーズも考慮されている。持続的月面進化セグメントでは、現地資源利用（ISRU）パイロットプラントの設置に関連する輸送と継続的な物流ニーズがある。
要約すると、NASAは将来の貨物需要が年間2,500kg から10,000kg（約5,510ポンドから22,045ポンド）の範囲になると予測している。また、基礎的探査キャンペーンセグメント中に、最大15,000kg（33,070ポンド）の大型貨物輸送（ローバーや居住モジュール）が時折発生する可能性があると予測している。2024年月から火星への建築シリーズの一部である「月面モビリティの推進要因とニーズ」白書は、物流要件の詳細な内訳を提供している。
能力
現在のペイロード能力に関して、著者らはNASAの民間企業および国際パートナーとの協力を認めている。これには、乗員および貨物着陸船の開発を担当するCLPS、HLS、人類級輸送着陸船（HDL）プログラムが含まれる。一方、欧州宇宙機関（ESA）や日本宇宙航空研究開発機構（JAXA）などの国際パートナーは、潜在的な貨物輸送サービスで協力している。彼らが示すように、SLEセグメントの物流をサポートする500kg（1100ポンド）の小型ペイロードはCLPSプログラムの能力内にある。
アルテミス基地キャンプの要素を含む重量級ペイロードは12,000kgから15,000kg（26,455ポンドから33,070ポンド）の範囲であり、これはHDLプログラムの能力内にある。これにより、500kgと12,000kgの間にギャップが生じており、これはFEセグメントで必要なペイロードの大部分を占める。これらのペイロードは、NASAの長期的な「持続的な月面探査と開発」プログラムの基礎となるものだ。その結果、これらの要素と関連サポートサービスへの需要は高い。
追加の考慮事項
貨物輸送を提供する着陸船に加えて、ミッション目標を満たす南極エイトケン盆地全域の多様な場所へのアクセスを提供する必要がある。具体的に挙げられている場所には、ホーソーンクレーター、シャクルトンクレーター近くのピーク、ファウスティニクレーターの縁、デゲルラッシュクレーター、マラペルトマシフ、そして約500平方キロメートル（310平方マイル）の地域をカバーする連結尾根が含まれる。これらの場所は、太陽電池アレイ、氷の収集、輸送ネットワークの主要な場所である。
NASAはまた、月面貨物およびサンプル回収において、既存の車両の能力が回収能力を大きく上回るギャップを特定した。このため、白書は多様性と柔軟性を可能にする一連の貨物プロバイダーを推奨している。このアプローチは、「国際宇宙ステーションから得られたいくつかの重要な教訓に対処しており、これにはシステムが単一障害点となる状況を避けるための異種冗長性の必要性が含まれる」。
結論として、NASAは基礎的探査セグメントが続き、持続的月面進化フェーズに移行するにつれて「着陸船能力に実質的な建築上のギャップ」が拡大すると特定した。しかし、彼らが指摘するように、これはNASAと産業パートナーにとって、「貨物輸送需要を満たし、より長期のミッションを可能にし、より多くの乗員を表面に送り、より大きな探査範囲を可能にする」混合貨物着陸船団を創設する大きな機会をもたらす。これは、彼らが付け加えるように、NASAの月から火星へのミッション建築の目標を達成するために不可欠である。
ペイロードサービスと輸送に関する追加の詳細は、上記の論文と同時に発表された別の白書「月面モビリティの推進要因とニーズ」で提供されている。これらおよびその他の考慮事項は、今年後半に発表予定の2024年建築コンセプトレビュー（2024 ARC）でより詳細に取り上げられる。このレビューには、NASAの月面戦略と貨物回収ニーズに関する白書が含まれる予定だ。
Sources
- NASA: Moon to Mars Architecture White Paper [PDF]
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