再利用可能ロケット | ビッグアイデア2024

皆さん、こんにちは。サム・コーラスと申します。私は自律技術とロボティクス部門の研究を指揮しています。今日は再利用可能ロケットについて掘り下げていきます。この研究に関して多大な協力をしてくれた私たちの同僚、ダニエル・マグワイアに感謝します。
再利用可能ロケットが非常に重要なのは、打ち上げコストを下げ、宇宙の経済性を変えているからです。私たちの研究によると、衛星通信の収益は2030年に1,300億ドルに近づく可能性があります。これは通信分野で使われる2兆ドルのほんの一部に過ぎません。最後に、宇宙におけるより長期的な機会についても話します。これには超音速の地点間移動や物流が含まれ、2030年には350億ドルの収益を生み出す可能性があり、さらにその先はもっと大きくなる可能性があります。
打ち上げコストの劇的な低下の影響を理解するためには、打ち上げ産業の最近の歴史を理解することが重要だと思います。2006年を振り返ると、宇宙に行く方法は基本的に2つありました。ロシアのソユーズロケットか、ULAのアトラス5ロケットに頼るかでした。その後の10年間で、両方のコストが劇的に上昇しました。2006年から2015年の間に、ソユーズロケットはおよそ7,100万ドルから2億1,000万ドルに、アトラス5は1億1,800万ドルから1億6,400万ドルになりました。
ファルコン9が初めて打ち上げられた2015年頃、その価格は革命的なものではありませんでした。実際、独占的な産業からコストの膨張を取り除いたら可能になるはずのレベルに戻しただけでした。つまり、状況をリセットしたのであって、革命的ではありませんでした。しかし、その後彼らはこれらのロケットを再利用し始め、打ち上げコストが引き続き低下するのを見ました。そして、これは業界を完全にひっくり返しました。なぜなら、コストが長い間上昇し続けていたのに、突然新しいパラダイムに入り、コストが低下し始めたからです。人々は、打ち上げコストが下がるにつれて、衛星打ち上げの需要がさらに増えるのかどうか疑問に思っていました。そして、その答えが明らかにイエスであることが分かってきています。
ここで重要なポイントは、打ち上げコストがここまで下がってきたということです。そして、私たちはこれで終わりだとは思っていません。スターシップやこの次世代の大型再利用可能ロケットで、コストを1桁か2桁下げられると考えています。2桁目の削減を達成するのはかなり難しいと思いますが、可能性の範囲内にはあります。
なぜロケットを見る際にこの再整備時間を見ることが重要なのでしょうか。私は、これが実際のコストとよく相関する、追跡しやすい優れた指標だと思います。再び歴史的な例と比較すると、スペースシャトルは1回の打ち上げにつきおよそ15億ドルかかりました。彼らは、再利用可能ロケットが経済的に不可能だと単に想定していました。2015年頃の収益発表を聞き返すと、宇宙企業のCEOたちが「計算したが、意味がない」「たとえ可能だとしても経済的ではない」と言っているのが分かります。SpaceXは確実にそのスクリプトをひっくり返しました。
私たちの研究を見ると、ファルコン9の第1段階の再整備コストは現在100万ドル以下だと考えています。そして、ロケットの再利用までの時間は引き続き短縮されています。SpaceXが初めてロケットを再利用したときは約1年かかりました。2022年には21日まで短縮され、2023年の最速は25日でした。しかし、右側のグラフを見ると、平均して毎年短縮されているのが分かります。
これらの低い打ち上げコストにより、低遅延の継続的な全球カバレッジが可能になるはずです。これは概念的にはかなり分かりやすいスライドですが、特に宇宙分野に初めて触れる方や宇宙について初めて調べる方にとっては、理解することが非常に重要だと思います。打ち上げコストの低下が新しい接続性を可能にしている理由を概念化するのに役立つ2つの主要な軌道があります。
地球があって、長い間、多くの衛星が打ち上げられていたのはGEO、つまり地球同期軌道または静止軌道でした。そこでは1つの衛星が地球から22,000マイル離れたところにあり、地球のほぼ3分の1をカバーしています。地球が回転しても、衛星は同じ場所にとどまっています。3つの衛星を打ち上げれば、全球カバレッジが得られます。しかし、非常に遠いため、遅延が大きくなります。地球から22,000マイル上がって戻ってくるまでに時間がかかるのです。そのため、ビデオ通話やインターネットサービスの提供はバグが多くなりますが、衛星テレビなど遅延があまり重要ではないものには機能します。
一方、低軌道（LEO）は地球の表面からわずか300〜400マイル上にあります。全球の継続的なカバレッジを得るには、数十個、SpaceXの場合は数千個を打ち上げる必要があります。しかし、ここでの重要な利点は地球に近いことで、高帯域幅で低遅延が可能になります。
ここでの経済性は重要です。静止軌道では、スクールバスサイズの衛星を打ち上げていました。ロケットの打ち上げコストよりも高価な衛星もあり、2億〜3億ドルの衛星を1億ドルのロケットで打ち上げていました。しかし、低軌道では、はるかに安価な衛星を使用します。数十万ドル台ですが、多くの衛星を打ち上げる必要があります。そのため、低軌道が経済的に成り立つには、打ち上げコストを下げる必要があります。そうすれば、これらの異なる衛星を運ぶ複数のロケットを打ち上げる余裕が出てくるのです。
ここでもう一つ興味深いダイナミクスがあります。地球に近ければ近いほど、これらの衛星は速く軌道離脱できます。何もしなければ、低軌道の衛星は約5年で地球に落下します。一方、静止軌道にある衛星は、1000年以上かかって地球に落下します。宇宙ゴミが多くならないように、人々は積極的に衛星を軌道離脱させていますが、これは低軌道に衛星を置くことの素晴らしい利点の一つです。衛星を適切な方法で劣化させることができるのです。
これはスターシップにも関連しています。スターシップはSpaceXの次世代ロケットです。いくつかのテスト打ち上げを見てきましたが、非常にエキサイティングでした。興味深いのは、スターシップがなくてもSpaceXが軌道への打ち上げ量を完全に支配しているということです。軌道への打ち上げ量を見ると、SpaceXはすでにその80％を占めています。これは世界的な数字なので、非常に印象的です。そして今、ファルコン9の約5倍のペイロード容量を持つスターシップが登場します。
ここで出てくる疑問は、これだけの余剰能力があるのに、それを埋める需要はあるのか？ということです。私たちは火星に行くのか、月面基地を建設するのか？しかし、スターリンク衛星群を見ることが重要だと思います。スターリンクのために42,000個の衛星を軌道に乗せ、それらが5年ごとに軌道離脱するとすれば、その衛星群を補充するために新しい衛星を打ち上げるには、スターシップを約3.5日ごとに打ち上げる必要があります。
参考までに、2023年にファルコン9は3.8日ごとに打ち上げられ、2024年の目標は2.5日ごとです。スターシップは月や火星に行くためだけでなく、スターリンク衛星群を42,000個の衛星という完全な可能性にまで拡大するために、そしてもしかしたらそれ以上に重要になると思います。
大型ロケット、つまりスターシップという最大のロケットについて話してきましたが、小型打ち上げ提供者にも多くのことが起こっており、それを無視することはできません。小型打ち上げ提供者は確かに増加しましたが、私たちは彼らが宇宙の勝者だとは思っていません。彼らは確かに重要な役割を果たしていますが、私たちが見たのは、多くの資本が流入し、それが企業のブームを生み出したということです。これは素晴らしいことで、そうやって多くのイノベーションが生まれるのです。しかし、この資本支出ブームの後、産業は通常統合される傾向があり、宇宙産業でもそれが始まっているのが見えます。
実際、打ち上げビジネスはあまり良いビジネスではありません。必要ではあるが十分ではない、と私は表現します。つまり、ロケットがなければ宇宙に行けないので重要ですが、本当にエキサイティングなのは、衛星群やサービス、軌道上製造、その他の宇宙への安価なアクセスを可能にするようなものです。
ここでは、小型打ち上げ企業の増加、そしてその後の停滞が見られます。右側では、実際に何かアクティブなものに発展した企業がいかに少ないかが分かります。
スターリンクやその他の衛星群がサービスを提供しようとする際のもう一つの要素は、アンテナコストです。これは顧客が購入する部分です。これが高すぎると、新規顧客の獲得が経済的に難しくなります。SpaceXは実際に、これは古くなっているかもしれません。確認する必要がありますが、積極的に価格を下げ、異なるオプションを提供しています。
アンテナコストが下がれば、SpaceXはエンドアンテナへの補助金なしに、顧客獲得コストを高くせずにスケールを続けることができます。バッテリーや車両についてよく話題にするライトの法則は、スターリンクのアンテナにも当てはまります。少なくとも今まで見てきた限りでは、これらのコストは生産量が累積的に2倍になるごとに低下し続けるはずです。
右側を見ると、スターリンクの成長が非常に順調であることが分かります。最初はやや遅いスタートでしたが、今では軌道に乗って右肩上がりに続いているようです。
ここで市場機会を見て、年間1,300億ドルの収益という数字にどのようにたどり着いたかを説明しましょう。ここに内訳がありますが、特に人々が興奮しているのは、このDevice-to-Directです。これは、スマートフォンを取り出して世界中どこでもサービスを受けられるようになることです。今すぐにインターネットを閲覧するためではありませんが、遠隔地での通話や緊急テキストの可能性があります。
明らかに、これは月額ベースでは低収益の機会ですが、ほぼすべての携帯電話利用者にまで拡大できると考えており、それは年間480億ドルの機会となります。右側のグラフを見ると、携帯電話利用者に対する衛星利用者の割合が、先ほど話した2006年から2015年、そしてそれ以降のロケットコスト上昇期にフラットだったことが分かります。
SpaceXがT-Mobileと共にDevice-to-Directを展開すると、これは約1％にジャンプすると考えています。しかし、現実的には、これはこう展開すると考えています。すべての通信会社がこれをバンドルし、あなたは毎月50セント払っていることさえ気づかないでしょう。そして彼らは、世界中どこでも緊急SOSメッセージを送れるようなサービスを提供するでしょう。そして、これが100％になる可能能性があると考えています。
他の機会もここに見ることができます。世界中へのブロードバンド接続は、月額コストは高くなりますが、別の400億ドルの機会です。RV市場、ボート、商業フライトなどもあります。これらをすべて合計すると、年間約1,030億ドルの機会になります。
そしてもう少し先の話ですが、私たちが興奮していると考えているのは、この超音速の地点間物流と飛行です。ここでいくつかの機会について聞いています。運輸省が調査を行い、レジャー旅行者は1時間節約するために、推定時間あたりの収入の60〜90％を費やす意思があることが分かりました。
世界を飛んで移動する際の時間節約を考えてみてください。往復28時間かかっていたものが、超音速ロケットを使えば潜在的に6時間で行けるようになります。つまり22時間節約できるのです。典型的なコストと潜在的な時間節約を考えると、ファーストクラスの乗客は往復の超音速フライトに44,000ドルを支払う意思があるはずだということになります。
ここで非常に大まかな、トップダウンのモデリングをすると、67億人が飛行機に乗っているとします。ニューヨークからフロリダへの超音速飛行は行わないので、長距離便を見る必要があります。そうすると、長距離便の乗客は3億3,500万人になります。そのうち実際にファーストクラスの乗客は何人でしょうか。それで1,600万人まで減ります。成熟期の採用率はどうでしょうか。そうして800万人になります。そして、先ほど説明したチケット価格は44,000ドルです。
これが、年間の潜在的市場が3,500億ドルになる理由です。2030年には、これは本当に始まりに過ぎないかもしれません。そして、そのようにして2030年に350億ドルという数字になるのです。
以上、再利用可能ロケットと宇宙について多くのことを駆け足で説明しました。質問がある方は、Twitterで私たちをフォローしてください。面白いトピックについて議論することが大好きです。もっと研究すべき分野や質問があると思われる場合は、ぜひ教えてください。