(1)はじめに

2020年12月6日、小惑星探査機「はやぶさ2」が採取した「リュウグウ」のサンプルが入っているとみられるカプセルが地球に帰還する予定です。宇宙探査は、長い年月と莫大な予算をかけて行う一大プロジェクト。これまで実施されたプロジェクトはどのような成果を残してきたのでしょうか。世界の主要な宇宙探査プログラムを国と天体・惑星の2軸から考察します。

(2)世界の深宇宙探査まとめ(国別)　

■日本

日本の代表的な宇宙探査機について、各プロジェクトの予算を合計すると約1,500億円で、月、水星、金星、火星、小惑星2つの探査を行っています。また、技術実証機として新しい宇宙航行の方法も試していますね。
※予算は調査できた探査機の総事業費合計です。

では、各プロジェクトについて、時系列に並べて簡単に紹介します。

1985年：日本初の宇宙探査機「さきがけ」を打ち上げ、「すいせい」にてハレー彗星を観測

日本初の宇宙探査機(地球重力圏から脱出した人工物)は「さきがけ」です。「さきがけ」は76年ぶりに回帰してきたハレー彗星を探査する「すいせい」の試験探査機として打ち上げられ、見事にその役目を果たし、「すいせい」によるハレー彗星の撮影成功に貢献しました。

1990年：はやぶさ(MUSES-C)の兄? ひてん(MUSES-A)の打ち上げ

1990年には「ひてん(MUSES-A)」を打ち上げ、将来の月・惑星探査ミッションに必要な技術の習得と確立のための工学実験が行われました。MUSESと言えば、「はやぶさ」もMUSES-Cという別名を持っていることをご存知ですか？ MUSESとはシリーズ名「Mu Space Engineering Spacecraft」の略で、「ミュー・ロケットで打ち上げる工学実験宇宙機」という意味があります。

では、「ひてん」が何を実験したかと言えば、今となってはなじみ深い技術だろう(月の)スイング・バイ技術、それにともなう軌道の精密標定・制御の高精度化などで、日本で初めて月に向かった探査機になります。

2003年：はやぶさ(MUSES-C)の打ち上げ

そして2003年に打ち上げられたのが、日本人の多くが知っているだろう「はやぶさ(MUSES-C)」です。最も注目を浴びたのは2010年の帰還時かと思いますので、そんな前に打ち上げたのかと思われる方も多いかもしれません。さらに、小惑星サンプルリターンの構想自体は1985年ごろから練られ始めたようで宇宙探査の実現に至るまで時間にも驚きますが、打ち上げまで約20年の間、ひとつの目的に向かって同じ意思をもって挑み続けられた当時の開発者の方々にも驚くばかりです。

そのような人々の思いもあってか、トラブルが相次いだ「はやぶさ」ですが、ボロボロの状態となっても不死鳥のように復活を遂げ、小惑星のサンプルを地球に送り届けることができました。自らはまばゆい光を放ちながら大気圏で燃え尽きる印象的な姿を残し、日本人の宇宙探査熱を一気に盛り立てることとなりました。

2007年：日本初の大型月面探査「かぐや」の打ち上げ

はやぶさが打ち上げられ、帰還するまでに打ち上げられたのが月周回衛星「かぐや」です。「かぐや」は月の起源の解明と将来の月利用のためのデータ収集を主な目的として、子衛星「おきな」「おうな」とともに打ち上げられました。「かぐや」の周回にともなって月に隠れていた地球が見えてくる「地球の出」を見たことがある方も多いでしょう。

「かぐや」によって、これまでよりも詳細な月の地形図が作成されたり、月の南極にはほとんど露出した氷がないということが明らかになりました。

2010年：金星探査機「あかつき」とイカロスの打ち上げ。あかつきの華麗なる復活

2010年5月、はやぶさが帰還する1か月前に打ち上げられたのが金星探査機「あかつき」と型ソーラー電力セイル実証機「イカロス」です。この2機はH-IIAロケットによって同時に打ち上げられました。

「あかつき」は軌道制御をするためのメインエンジンが壊れ、当初予定の12月に金星軌道に入れず失敗かと思われたものの、もう一つの姿勢制御エンジンを活用して5年後の2015年、見事金星軌道への投入に成功し、金星の大きな謎だった「スーパーローテーション(金星大気の高速回転)」の解明に貢献し、2020年の4月に「あかつき」観測成果論文がScience誌に掲載されました。

2014年：はやぶさ2の打ち上げ

そして今最も日本の宇宙探査熱を湧かせているだろう話題がこちらの「はやぶさ2」でしょう。

炭素を豊富に含んでいて、地球の海の水や生命の起源を探る鍵になると考えられているC型小惑星・リュウグウを探査しました。2度のタッチダウンを行い、サンプルを採取したほか、小型のローバを投下してリュウグウ表面の調査も行っています。サンプルが入っているとみられるカプセルは、いよいよ2020年12月5日14時30分に分離、翌6日の朝にオーストラリアのウーメラ砂漠に着陸する予定です。

https://www.hayabusa2.jaxa.jp/

2018年：水星磁気圏探査機「みお（MMO）」の打ち上げ

国際水星探査計画「BepiColombo（ベピコロンボ）」は、JAXAが開発した水星磁気圏探査機「みお（MMO）」とESAが開発した水星表面探査機MPOの2つの周回探査機からなります。MMOの主なミッションは、水星固有の磁場や磁気圏、大気の観測です。2018年に打ち上げられ、現在も運用が進められています。

https://www.jaxa.jp/projects/sas/bepi/index_j.html

2024年：はやぶさ2の次は火星の衛星へ「MMX」

火星衛星探査計画 （MMX： Martian Moons eXploration）は、火星の衛星のフォボスとダイモスを観測し、どちらか片方のサンプルリターンを行うというものです。2020年代前半の打ち上げを目指して、開発が進められています。

http://mmx.isas.jaxa.jp/index.html

■旧ソ連・ロシア

1959-1976年：冷戦の象徴「ルナ計画」

初の人工衛星「スプートニク」の打ち上げによって火がついた宇宙開発競争の舞台は、月探査にも及びました。ソビエト連邦（ソ連）は、1959年から1976年の17年間にわたって、「ルナ計画」と呼ばれる無人月面探査計画を実施。ルナ2号は、世界で初めて月に到達した探査機となりました。さらに3号機は月の裏側の撮影、9号は月面軟着陸などの偉業を成し遂げたほか、サンプルリターンや月面探査ローバー「ルノホート」の輸送にも成功しています。

http://epizodyspace.ru/e2/foto-e2/l-2/l2.html

1961-1983年：世界初の金星探査「ベネラ計画」

世界初の金星探査機となったのは、1961年に打ち上げられたベネラ1号です。以降、1983年まで16機が打ち上げられました。飛行の途中で通信が途絶えるなど失敗に終わった探査機もありましたが、技術を着実に向上させていきました。1970年に打ち上げられたベネラ7号は、金星への軟着陸に成功。

ベネラ計画全体の成果としては、気温や圧力を計測したほか、大気が自転の60倍に達する速さで回転する現象「スーパーローテーション」の存在が認識されるようになったことや、軌道上から合成開口レーダ（SAR）で撮影し、地形のデータを取得したことがあげられます。「金星はソビエトの星」とも呼ばれていて、旧ソ連諸国では特別な惑星だととらえられているようです。

旧ソ連のベネラ計画は、ロシアと米国の共同プログラム「ベネラ-D」として引き継がれました。打ち上げは2031年の予定です。

■アメリカ

1958年-2003年：月から水星、木星そして土星へ「パイオニア計画」

米国・NASAによる惑星探査計画です。1958年から2年間の間に、パイオニア0〜5号機が打ち上げられ、月探査が行われました。1965年から1968年にかけて打ち上げられたパイオニア5〜9号機は、宇宙線や太陽風、彗星を観測。そして、パイオニア10・11号機はそれぞれ木星と土星を探査した初の探査機となりました。さらに、パイオニア10・11号機には、地球外生命体へのメッセージとして、男女の姿と地球の位置情報が描かれた金属板が取り付けられています。

1961年-1975年：人類が月へ「アポロ計画」

アポロ計画の成果は、有人月面着陸だけではありません。1969年に打ち上げられたアポロ11号による月の石の採取は、世界初のサンプルリターンとなりました。合計約380kgの月のサンプルを地球へと持ち帰っています。さらに、1972年に打ち上げられたアポロ17号には、宇宙機としては初めて合成開口レーダ（SAR）が搭載され、月の地下の調査に用いられました。

https://www.jstage.jst.go.jp/article/jjsass1969/31/352/31_352_225/_pdf

1975年-1980年：火星へ着陸「バイキング計画」

1975年には、火星で生命の痕跡を調査する、バイキング1・2号が打ち上げられました。土壌を採取し、分析が行われましたが、生命の発見には至りませんでした。温度や気圧の計測や地形の調査なども行われ、バイキング1号は火星の表面のパノラマ写真の撮影に成功しています。

https://spaceinfo.jaxa.jp/ja/viking.html

1962年-1973年：金星・火星・水星へ「マリナー計画」

1962年から1973年にかけて、パイオニア計画と並んで実施された惑星探査計画です。1・2・5号は金星、3・4・6・7・8・9号は火星、10号は水星に向かい、惑星のフライバイおよびスイングバイ技術を確立。マリナー4号は、クレーターの存在を明らかにし、マリナー6・7号は広く火星の表面を撮影して、火山や谷などの地形を発見しました。旧ソ連も「フォボス計画」で探査機を火星に送りましたが、失敗が続いたため、火星に関する研究には米国のデータが重宝されていたようです。その後、マリナー計画は後述のボイジャー計画へと引き継がれます。

https://hirahaku.jp/hakubutsukan_archive/tenmon/00000025/30.html

1977年-：太陽系の外へと旅を続ける「ボイジャー計画」

ボイジャー1・2号機は1977年に打ち上げられ、現在も旅を続けています。ボイジャー1号は、木星と土星に接近して探査を行った後、恒星間空間に入り、地球から見て北の方向へ進んでいます。ボイジャー2号は、木星、土星、天王星、海王星に接近して、探査を行い、1号とは反対の南方向に進んでいます。両機は、地球上の写真や言語、音声が記録されたゴールデンレコードが搭載されていることでも知られています。

https://www.astroarts.co.jp/article/hl/a/9297_voyager

https://www.jaxa.jp/article/interview/vol18/p2_j.htm

1989年-木星探査機「ガリレオ」と土星探査機「カッシーニ」

探査機「ガリレオ」は、1989年に打ち上げられ、1995年に木星周回軌道に到達しました。木星に向かう途中には、小惑星ガスプラとアイダに接近して、表面の撮影に成功しています。「ガリレオ」に搭載されていた小型探査機を木星に突入させ、大気の組成を調査しました。

続いて、1997年にはNASAとESAが共同で開発した、探査機の「カッシーニ」が打ち上げられました。「カッシーニ」は木星に接近した2001年に、「ガリレオ」との共同観測ミッションを行い、磁気圏の調査を実施。その後、「カッシーニ」は搭載していた小型探査機「ホイヘンス」を土星の衛星であるタイタンに投下して地表を撮影し、土星到着後は大気の組成や気温、気圧などを調査しました。
http://planetary.jp/tpr/tpr_file/1999-7-8.html

「ディスカバリー計画」

1990年代以降、NASAでは「より早く、より良く、より安く」の概念のもと、計画が承認されてから3年以内に打ち上げ、総費用1.5億ドル（1992年度のレート）で探査を行う「ディスカバリー計画」が立ち上げられました。

かつては液体の水が流れていた証拠を発見した、マーズパスファインダーや地球近傍小惑星エロスを探査したニア・シューメーカー、水星を周回して観測を行ったメッセンジャー、火星の内部を調査するインサイトなどが、これまでに打ち上げられた探査機としてあげられます。マーズ・キューブ・ワン（通称MarCO）と呼ばれる2機のキューブサットがインサイトと相乗りで打ち上げられ、インサイトと地上との通信を中継しています。
https://spaceinfo.jaxa.jp/ja/discovery_mission.html

2003年-：火星探査機「スピリット」「オポチュニティ」、「キュリオシティ」「パーサヴィアランス」

「マーズ・エクスプロレーション・ローバ」では、2003年に火星探査ローバの「スピリット」と「オポチュニティ」が打ち上げられました。同ミッションは、液体の水を探すことが大きな目的で、カメラのほかに土壌を分析するために岩石を切り取る研磨装置なども搭載されました。続いて、「マーズ・サイエンス・ラボラトリー」では、2011年に探査ローバーの「キュリオシティ」が打ち上げられました。主な目的は、生命の痕跡を調査すること。かつて水が豊富に存在していたと考えられている、ゲイル・クレーターで探査が進められています。「マーズ2020」で打ち上げられた探査ローバの「パーサヴィアランス」は、2021年2月の到着を目指して飛行中です。行き先として選定されたジェゼロ・クレーターは三角州地形があり、水の存在や生命の痕跡が残っていると期待されています。
https://spaceinfo.jaxa.jp/ja/mars_explorationrovers.html

2006年-：「ニュー・フロンティア計画」

ニューフロンティア計画は、ディスカバリー計画では実現が難しい中規模のプログラムの実施を想定して立ち上げられました。

探査機「ニュー・ホライズン」は、2006年に打ち上げられ、2015年に冥王星に到達しました。

続いて、木星の大気や磁気圏の観測を目的とする探査機「ジュノー」は2011年に打ち上げられ、2016年に木星に到達。2021年7月まで観測が続けられる予定です。

3つ目のプログラムは、2016年に打ち上げられた探査機「オシリス・レックス（OSIRIS-REx）」です。小惑星ベンヌのサンプルリターンを目指していて、米国版はやぶさとも呼ばれています。ベンヌは、はやぶさ2が探査を行った小惑星リュウグウと同じ、炭素を多く含むC型小惑星に分類されます。「オシリス・レックス」は、2018年末にベンヌに到着した後に、サンプルを採取したとみられています。地球への期間は2023年の計画です。
https://moonstation.jp/challenge/pex/osiris-rex

■インド

2008年-：インドの深宇宙探査が開始。月探査機「チャンドラヤーン」

チャンドラヤーン1号は、2003年に発表され、2008年に打ち上げられました。月の高度100kmを周回して、リモートセンシングを行いました。NASAが開発した鉱物測定装置と小型SARが搭載されており、マグネシウムやアルミニウム、チタン、鉄をはじめとする鉱物や極地域の氷を調査しました。

続いて、チャンドラヤーン2号は2019年に打ち上げられました。ローバーを月表面に着陸させ、土壌の分析を行う予定でしたが、失敗に終わりました。インド宇宙機関（ISRO）は、チャンドラヤーン3号を2021年に打ち上げる計画を発表しています。
https://www.isro.gov.in/pslv-c11-chandrayaan-1

2012年-：マーズ・オービターミッション「マンガルヤーン」

マーズ・オービターミッションは2012年に政府に承認され、わずか1年3カ月後の2013年11月に打ち上げられ、インドの宇宙開発に対する姿勢や技術力を世界に示しました。探査機は「マンガルヤーン」という愛称で親しまれています。

日本は1998年に火星探査機「のぞみ」を打ち上げましたが、軌道投入には失敗しており、「マンガルヤーン」はアジアで初めて火星周回軌道に探査機を投入した国となりました。火星地表の観測や鉱物の分布の調査、大気の観測などが行われました。

■ヨーロッパ

ヨーロッパでは、宇宙科学系の探査機は長期計画に基づいて進行しています。
1985年にはHorizon 2020計画が、1994~1995年にかけてはHorizon 2000 Plus計画が、2005年にはCosmic Vision 2015-2025が制定されました。

1985年：ESA初の深宇宙探査機「Giotto」の打上げ

「Giotto」はヨーロッパ宇宙機関（ESA）が1985年に初めて打ち上げた深宇宙探査機です。

1986年にはハレー彗星の核にもっとも接近し、彗星に有機物が存在する証拠を初めて発見しました。長い旅路の末、1992年にGiottoはグリッグ・シェレルップ彗星に向かい、多くの情報を地球に送信しました。

1995年：ヨーロッパは太陽探査へ「SOHO」

「SOHO」は、The Solar and Heliospheric Observatory の略で、1995年に打ち上げられました。
地球から150万km離れたラグランジュポイントと呼ばれるところで、太陽の内部や表面、嵐の様子などを観測していました。

元々は1998年までの運用予定でしたが、2014年末まで運用が延長されました。

2003年：火星への着陸を目指した「Mars Express」

「Mars Express」は2003年にソユーズロケットで打ち上げられました。

「Mars Express」が火星軌道に投入される6日前の2003年12月19日に、着陸機「Beagle 2」を分離しましたが、「Beagle 2」は残念ながら通信が途絶してしまいました。

「Mars Express」自体は2003年12月25日に火星への軌道投入に成功し、火星の3D画像や、過去に水が存在していた跡を観測、火星の大気組成にメタンが含まれる可能性を示しました。

2003年：電気推進搭載の小型月面探査ミッション「SMART-1」

2003年に打ち上げられた月探査衛星で、当時の最新技術である電気推進技術を用いて月に向かいました。

質量約370kgの非常に小さな衛星ですが、月の表面の元素組成や鉱物組成、地形などを調査しました。

2004年：彗星への着陸に成功「Rosetta」

2004年に打ち上げられたRosettaは、4回のフライバイ（3回は地球、1回は火星）を利用して、目的のComet 67P/ Churyumov-Gerasimenkoに2014年に到着しました。

着陸機であるPhilaeは2014年に彗星の表面に着陸しました。Rosettaはその後、太陽のまわりを回る彗星の後を追い、彗星の表面に降下して運用の終了しました。

2016年-：ESAが進める火星ミッション「ExoMars」

「ExoMars」は大きく分けて2つに分かれます。

一つは2016年に打ち上げられたthe Trace Gas OrbiterとEDM（an Entry, Descent and landing demonstrator Module）からなるミッションで、もう一つが2022年に打上げられる予定のローバーです。どちらのミッションもロシアとの協力の中で実施されます。

ミッションには、以下のような項目が含まれます。

・火星軌道に投入し、降下させ、火星の表面に着陸する
・ローバーで火星の表面を移動する
・表面下のサンプルにアクセスする
・サンプルを取得し、解析を行う

また、科学的には以下のようなことを実施する予定です。

・過去または現在の火星上の生命の痕跡を探索する
・水環境や科学環境の変化
・火星大気とその起源の調査

2018年-：日本との共同水星探査「BepiColombo」

2018年10月に打ち上げられた探査機で、2025年に水星への到着を予定しています。もっとも太陽に近い銀河系の惑星ということで技術的にもハードルが高いミッションです。

探査機は、大きく水星輸送モジュール、水星表面探査機、水星磁気圏探査機に分かれており、日本は水星磁気圏探査機を担当しています（日本の章を参照）。

2020年-：ヨーロッパはふたたび太陽へ「Solar Orbiter」

Solar Orbiterは、2020年2月10日に打ち上げられた太陽観測衛星です。2021年11月からの定常観測が予定されています。

これまでの太陽観測衛星の中でももっとも近くまで接近して撮影を行ったり、極域の撮影を行うことを予定しており、これにより、太陽活動の11年周期の謎や太陽風を作り出している要因などを明らかにしていく予定です。

■中国

中国にとって宇宙科学の最初の大型プロジェクトである月面探査計画「 嫦娥計画」は21世紀で最も野心的な宇宙探査計画の一つです。

2003年3月に開始された嫦娥計画は、大きく探査計画、着陸計画、滞在計画の3段階に分かれていて、現在は第一段階である探査計画を遂行中で、探査機の着陸の段階まで進んでいます。

2007年：中国月探査の幕開け「嫦娥1号」打上げ

2007年に嫦娥計画の初号機となる「嫦娥1号」を打ち上げました。「嫦娥1号」は高度約200kmの月軌道を1年にわたって周回し、科学的な探査を行いました。

2010年：「嫦娥2号」打上げ

「嫦娥2号」は、設計は「嫦娥1号」とほぼ一緒ですが、解像度10ｍの高解像度CCDカメラを搭載し、月面から高度18.7kmのところまで接近して、虹の入り江地域を撮影しました。

2013年：世界で3番目の月面着陸国へ「嫦娥3号」打上げ

「嫦娥3号」では、いよいよ着陸機が月面に降ろされ、軟着陸に成功しました。これにより中国は旧ソ連、アメリカに続き、月面軟着陸を成功させた3番目の国になりました。

着陸機に搭載されていた月面車「玉兎」は、およそ1か月月面の探索を行いました。

2014年：サンプルリターンの実証「嫦娥5号T1」打上げ

探査機の号数が前後しますが、別の技術要素として「サンプルリターン」技術の実証として、地球周回軌道より遠くから、カプセルを大気圏に突入させ、地上で回収するミッションが実施されました。

2018年：「嫦娥4号」「鵲橋」打上げ

「嫦娥3号」からの流れを組む「嫦娥4号」は、着陸機と月面車を搭載し、月の裏側の探査を実施しました。「鵲橋」は「嫦娥4号」の月の裏側での活動をサポートするためのデータ中継衛星です。

2020年：「嫦娥5号」打上げ

「嫦娥5号」はこれまでの探査計画の集大成として、月面への軟着陸を行い、月面のサンプルを採取し地球へ持ち帰る計画です。

当初2019年を予定していましたが、2020年11月24日に打ち上げられ、12月2日にはサンプルの採取に成功、現在引き続きミッション遂行中です。※2020年12月5日時点

(3)グラフで振り返るこれまでの宇宙探査

第2章で紹介した各国の宇宙探査について、「各天体・惑星の探査の推定費用」「各国の探査にかけた推定費用」という2つの視点でグラフを作成しました。
※いずれも予算の調査ができたプロジェクトのみの数字をまとめたグラフになっております

上記グラフからは「各国の予算を比較するとダントツに多いアメリカ、追い上げる中国」「宇宙探査予算の70%以上が注ぎ込まれた月、投資が集まる火星」という興味深いポイントが見えてきます。

・各国の予算を比較するとダントツに多いアメリカ、追い上げる中国

まず「各国の探査にかけた推定費用」のグラフを見ると、1960年代から宇宙探査を行うアメリカはこれまでに10兆円以上もの予算をかけて宇宙探査を行っていることがわかります。これはESAの予算と比較しても3倍以上とダントツです。

また、中国の月探査計画である嫦娥は、1号機から現在打ち上げられている5号機までのすべての予算を明らかにすることができなかったものの、2010年代は日本の宇宙探査計画の予算を超えているということが分かりました。2020年はさらに宇宙探査に予算が積まれることが予想されます。

・宇宙探査予算の大半が注ぎ込まれた月、投資が始まる火星

「各天体・惑星の探査の推定費用」のグラフを見ると、宇宙探査予算の多くが月探査に注ぎ込まれていることが分かります。そして、アルテミス計画の開始により今後も月探査への予算は増え続ける見込みです。

また、月のみならず、火星探査にも、予算が集まっていることが分かります。日本でもMMXが2024年に打ち上げ予定であることや、民間企業であるSpaceX社も有人火星面着陸を公の場で発言するなど、今後ますます投資される惑星でしょう。

(4) まとめ

以上、はやぶさ2のサンプルリターンという記念すべき日に合わせて各国の宇宙探査計画のこれまでを振り返りました。

並べてみると国による予算の違いや、プロジェクトによる予算の違いが浮き彫りになりますが、これは単純にプロジェクトの優劣を表すものではありません。

プロジェクトの大小に関わらず、それぞれのチャレンジには、それぞれの意義があります。

国の違いを越えて、それぞれができる範囲（予算）でそれぞれの得意分野を極めていくことで、人類は互いに補完し合いながら、自らの歴史を塗り替え、生息圏をさらに広げていけるのかもしれません。