月面への有人着陸を目指すアルテミス計画に関して、2024年12月5日、NASA（アメリカ航空宇宙局）はアルテミス2とアルテミス3のスケジュールを変更することを発表しました。4人の宇宙飛行士が搭乗して月周回飛行を行うアルテミス2は2025年9月から2026年4月以降に、有人月着陸を行うアルテミス3は2026年9月から2027年半ば以降へと延期するとのことです。

なお今年1月に、アルテミス2は2024年→2025年9月、アルテミス3が2025年→2026年9月にそれぞれ延期されていました。

真空状態を模擬する一連の試験のためスペースチャンバーに設置されるアルテミス2用のオリオン宇宙船。Image Credit: Credit: NASA / Rad Sinyak

アルテミス計画の第1弾となるアルテミス1では、2022年11月〜12月に無人のオリオン（オライオン）宇宙船により月への往復と月周回が行われました。オリオン宇宙船は12月11日、地球の大気圏に再突入して太平洋に着水しました。

帰還後の調査により、オリオン宇宙船の耐熱シールドの炭化した素材の一部がひび割れたりはがれ落ちたりしたことがわかっています。環境制御システムや生命維持システムに時間をかけて対応することも含めて、今後の予定が延期されました。

アルテミス1のオリオン宇宙船の耐熱シールドの破損の原因を特定

帰還後に取り外された耐熱シールド。Image Credit: NASA

オリオン宇宙船が大気圏に再突入する際、カプセルの下側の面の空気が圧縮され空力加熱によって約2750℃もの高温になります。オリオン宇宙船では、その熱から機体を守るためにアブレーションという技術が使われています。オリオン宇宙船の耐熱シールドにはAvcoatという素材（アブレータ）が使われており、高温になると熱分解して熱を奪い、また発生したガスが緩衝材のような役割を果たし加熱の影響をやわらげます。

アルテミス1のオリオン宇宙船の帰還後、NASAは分析と試験を重ね、耐熱シールドで炭化層の予期しない損失を招いた技術的な原因を特定しました。NASAによると、Avcoat内で発生したガスが予想通りに放出されなかったため、内部の圧力が高くなってひび割れが起きたり、素材がはがれ落ちたりしたとのことです。

アルテミス1では、オリオン宇宙船はスキップエントリーと呼ばれる手法で大気圏への再突入を行いました。これは水面に石を投げて水切りをするように、一度、大気圏に再突入した後でいったん宇宙空間へ戻り、その後また再突入するというものです。

オリオン宇宙船が再突入した際の環境を再現して試験を行ったところ、大気圏への2度の再突入の間で加熱率が低下し、耐熱シールドのAvcoat内部に熱エネルギーが蓄積することが確認されました。それによりガスが蓄積されて内部の圧力が高まり、ひび割れや剥離につながりました。

アルテミス1の打ち上げ前に行われた地上試験は、宇宙船が実際に経験したよりもはるかに高い加熱率で実施されました。その際には透過性のある炭化層が形成されたことでガスの圧力が解放されていました。実際の飛行では加熱率が低かったため炭化層の形成が遅くなり、内部にガスが溜まってしまったようです。

なお飛行データからは、アルテミス1のオリオン宇宙船に宇宙飛行士が搭乗していたとしても安全だったことが示されたとのことです。

（参考）アルテミス1のオリオン宇宙船から撮影された大気圏再突入時の圧巻映像！

（参照）NASA（1）、（2）