Orbit軌道

「宇宙に行く」と「軌道に乗る」は、同じではありません。宇宙の入り口としてよく使われるのは高度100km（カーマン・ライン）で、NASA によると、地球の大気の99.99997%はそれより下にあります。100kmは東京から富士山までの直線距離とほぼ同じで、真上に向かうだけなら、ロケットにとってそれほど遠くありません。国際宇宙ステーション（ISS）が回っているのも、平均で高度約400km（約250マイル）です。

難しいのは高さではなく、横向きの速さです。ボールを水平に投げると、やがて地面に落ちます。もっと速く投げれば、もっと遠くに落ちます。ところが地球は丸いので、十分に速く投げると、ボールが落ちていくのと同じだけ地面のほうも丸く遠ざかっていきます。こうなると、ボールは落ち続けているのに、いつまでも地面にたどり着きません。これが軌道です。上の図は、この様子を描いたものです（高さは大きく誇張しています）。同じ点から横向きに飛び出しても、遅いと細かい点線のようにすぐ落ち、速いと白い破線のように遠くまで飛んでから落ち、十分に速いと青い円のように地球を回り続けます。

NASA はこれを「物体は常に地球に向かって落ちているが、横向きに十分速く動いているので地面にぶつからない」と説明しています。横向きの速さが足りなければ落ちてしまい、逆に速すぎれば地球から離れていきます。地球の重力と、前へ進む勢いがつり合ったところに、軌道があります。

では、どれくらい速いのか。ISS は時速約2万8000km（時速1万7500マイル）、秒速にするとおよそ8kmで飛んでいます。旅客機のおよそ30倍の速さで、東京から大阪までの直線距離を1分足らずで通り過ぎる計算です。この速さで、ISS は約90分で地球を1周し、1日に16回、日の出と日の入りを迎えます。

この速さを出すために、ロケットはほとんどが燃料でできています。SpaceX の公表値では、Falcon 9 は打ち上げ時の重さが約549トンなのに対し、低い軌道へ運べる荷物は約22.8トン、全体の約4%にすぎません。残りの大部分は、横向きの速さを稼ぐために燃やしてしまう燃料と、それを入れておくタンクやエンジンです。

途中で空になったタンクを切り離して身軽になる「段分離」も、この速さを出すための工夫です。Starship の場合、下段の Super Heavy が打ち上げから約2分半までを担当し、そこから先の加速は上段の宇宙船が自分のエンジンで続けます。

Starship の飛行1〜13は、すべて軌道に届かない「弾道飛行」でした。宇宙空間までは上がりますが、横向きの速さをわずかに足りない状態にとどめ、何もしなくても決められた海域に落ちてくる経路です。2026年9月の飛行14でも、宇宙船はまず SpaceX が「受動的に安全」と呼ぶこの弾道飛行の経路に入りました。

そこで機体の状態を確認し、問題がないと判断してから、エンジン1基に再点火して最後のひと押し（軌道投入噴射）を行い、初めて軌道に乗りました。SpaceX の飛行タイムラインでは、この噴射は打ち上げ約25分後に始まり、約19秒で終わっています。弾道飛行と軌道を分けたのは、この短い加速でした。

衛星が仕事をするには、軌道に乗っている必要があります。飛行13では Starlink V3 衛星20基を放出しましたが、弾道飛行の途中だったため、SpaceX によると衛星は放出から約20分後に大気圏に再突入して燃え尽きたとみられています。飛行14では26基を軌道に投入し、衛星はこのあと自分で軌道を上げてから、実際のサービスに使われます。同じ「衛星の放出」でも、軌道に乗っているかどうかで、意味がまったく違うのです。

軌道に乗ると、今度は自然には戻ってこられなくなります。軌道は「落ち続けても地面に届かない」状態なので、帰るにはエンジンを噴射して速度を落とし、自分から落ちる経路に移る必要があります（軌道離脱噴射）。宇宙空間でエンジンを確実に再点火できなければ、巨大な機体が狙っていない場所に落ちるおそれがあります。

SpaceX は2024年11月の飛行6で、宇宙空間でのエンジン再点火に成功し、これを「本格的な軌道飛行を始める前に必要な、軌道離脱噴射の能力の実証」と位置づけていました。飛行14では、打ち上げから約9時間後に初めての軌道離脱噴射を行い、太平洋の目標海域に着水しています。軌道に「行けること」と「帰ってこられること」が、セットで確かめられたことになります。

編集部の見方では、軌道への到達はゴールではなく、出発点です。より多くの衛星を運ぶことも、宇宙船の回収と再使用も、さらに遠くへ向かう計画も、まず軌道に安定して上がれることが前提になるからです。

弾道飛行と軌道飛行の違いは、横向きの速さが足りているかどうかです。弾道飛行では、宇宙空間に届いても、いずれ必ず地上（や海）に落ちてきます。軌道飛行では、エンジンを使って減速しない限り、地球を回り続けます。高度100kmを少し越えて数分で戻ってくるような宇宙飛行も、宇宙には行っていますが、軌道には乗っていません。

軌道に乗ること自体は、SpaceX にとって初めてではありません。Falcon 9 は毎回の打ち上げで衛星や宇宙船を軌道へ運んでいます。Starship の飛行14が大きな節目なのは、機体全体の再使用を目指す、過去に例のない大きさのロケットが、初めて同じことをやってのけた点にあります。

さらにその先には、地球の引力を振り切って月や惑星へ向かう飛行があります。これにはさらに大きな速さが必要で、いったん軌道に上がってから加速し直すのが一般的な考え方です。