「静止衛星」と「周回衛星」は何が違う？「エンジン」から見る設計思想の差

この記事では、僕が静止衛星と周回衛星との違いを学ぶ中で、
一番衝撃を受けた差についてご紹介します。

僕が最も衝撃を受けた静止衛星と周回衛星の差、それは「エンジン（推進系）」です。

一見ニッチに見えるエンジンの話。

でも実は、よく見てみると
静止衛星や周回衛星の
設計思想の差異が見えてきます。

「そもそも衛星にエンジンなんて積んであるの？」と思われる方も多いと思います。
結論から言えば、静止衛星には
まさしく「ロケットエンジン」と呼べるものが
備わっています。

一方で、周回衛星の多くはそこまで仰々しいものは積んでおらず、
方式もまったく異なります。
また、小型の周回衛星にいたっては、
エンジンを一切積んでいないケースも
珍しくありません。

ここに、外からは見えづらい
静止衛星と周回衛星の
「環境の差」と「設計思想の差」
が出てきます。

さらに、最近はスターリンク衛星にも採用されている
「次世代」とも呼べるエンジンが
普及を始めてきています。
「静止衛星」と「周回衛星」の差異と合わせて、
この最先端の「次世代エンジン」と
それを取り巻くビジネス環境
についてもご紹介します。

なぜ「静止衛星」には「ロケットエンジン」が必要なのか？

静止衛星の打ち上げが行われるとき、
ロケットから切り離された衛星は
どこにいると思いますか？

「静止衛星なんだから”静止軌道”に降ろしてもらうんでしょ」
と思われるかもしれませんが、
実はそうではありません。

ロケットの打ち上げだけでは静止衛星は
まだ「静止軌道」までは到達していません。
「静止軌道」である高度36,000kmは、
爆音を上げて打ちあがる巨大なロケットをもってしても
直接連れていく（軌道投入）ことができない
のです。

静止衛星は、ロケットにより
「静止トランスファ軌道（GTO）」
と呼ばれる軌道に投入されます。

この「GTO」は、
静止軌道と同じ高度36,000kmまで
到達はするけど、その後地球の近くまで
戻ってくる
という楕円型の軌道です。

静止衛星は、GTOから静止軌道まで
自力で高度を上げ、軌道遷移する
必要があります。

そのために、
「強力なロケットエンジン」
を積んでいるのです。

専門的な話をすると、静止衛星には
2液式（にえきしき）
のエンジンが搭載されることが多いです。
2液式とは、その名の通り
「推進剤（燃料）」と「酸化剤」
という2つの異なる液体（推薬）を
別々のタンクに搭載する方式です。

宇宙空間（真空）には酸素がありませんから、
推進剤を燃やして推力を得るためには
酸素の代わりとなる酸化剤を
自前で持つ必要があります。
この2つの液体をエンジン内部で衝突させると、
混ざり合うだけで火花もなしに
爆発的に燃焼（自己着火）し、
推進力を発生させます。

ご想像の通り、超が付くほど危険物です。
衛星の打ち上げ準備中も推進剤や酸化剤の扱いは
とても慎重に行います。

なぜ「周回衛星」は「ロケットエンジン」無しなのか？

一方で、高度数百kmを飛ぶ「周回衛星」の場合、
事情はガラリと変わります。
周回衛星は、地上に近い分、
ロケットが直接軌道投入を
ほぼ完璧に行ってくれます。

エンジンが必要なのは、
「ほんの少しの微調整」や
「位置を変えたいときの調整」くらいです。

そのため、周回衛星に搭載されるエンジンは
静止衛星の「ロケットエンジン」ほど強力ではなく
「スラスタ」と呼ばれる手のひらサイズの
小型のエンジンを複数搭載しています。

方式も、構造がシンプルな
1液式（いちえきしき）が多く採用されます。

1液式とは、その名の通り1種類の推薬だけで
推進力を得る方式です。
火をつけて爆発させるのではなく、
「薬品（推薬）を特定の金属（触媒）に触れさせることで、
一瞬で超高圧のガスに化学分解させ、
その勢いをノズルから噴射する」
という仕組みです。

例えるなら、
1液式の推薬は鍵がかかったびっくり箱みたいなもの
、と言えるでしょうか。

鍵となる触媒が触れると、びっくり箱（推薬）の中にあるエネルギーがあふれ出ます。

そのため、
触媒の中を通してスラスタから噴射させるだけで、
次から次へとエネルギーがあふれ出て、
推力が発生するイメージです。

1液式は、点火装置も不要で、
配管やタンクの数も2液式の半分で済みます。

構造がシンプルな分、
故障のリスクが極めて低く、重量も小さく済む
という大きなメリットがあります。

エンジンの違いから見る設計思想の差

1液式は推薬が一つで済み単純な分、信頼性も高い方式です。
信頼性が最重要課題である人工衛星において、
静止衛星も1液式を使わない理由は、
単純に「燃費が悪い」ためです。