SpaceXの大型宇宙船「Starship」熱シールドに「迅速再利用」の壁、元NASA専門家が指摘するタイル方式の構造的限界
2026年7月31日 00:08
SpaceXの大型宇宙船「Starship」は直近の飛行試験で機体の原形を保ったまま着水したが、現在の熱シールド設計では、同社が掲げる迅速な再利用の実現は困難だと元NASAの専門家らが指摘している。スペースシャトルと同じ設計系統に属するセラミックタイル方式では飛行ごとの綿密な検査が避けられず、数時間単位の再打ち上げという目標の障壁になる可能性がある。この問題は、今後のStarlink衛星の展開計画やNASAの月探査プログラム「Artemis」のスケジュールにも影響を及ぼし得る。
■Flight 13の成果と着水
SpaceXのStarship上段「Ship 40」が同計画で最も穏やかな着水を果たし、機体の原形を保ったままインド洋に浮かび始めてから5日後、3人の元NASA専門家がArs TechnicaとBloombergに対し、海に浮かぶロケットの画像は見た目ほど単純な成功を意味しないと語った。彼らの評価では、7月24日の「Flight 13」を乗り切った熱シールドであっても、SpaceXが投資家やNASAに約束してきた迅速な折り返し運用を支えることはできない。セラミックタイル方式は、30年間運用されたスペースシャトルと同様、設計上、飛行後の検査に拘束されるためだ。
全高408フィート（約124メートル）のStarshipは、2026年7月24日午後6時51分（米東部時間、日本時間25日午前7時51分）、テキサス州スターベースから打ち上げられた。この打ち上げは、7月16日の点火前中止と、7月23日の延期を経て実施された。7月16日には打ち上げ可能時間帯が終了するまでに4基のRaptor 3エンジンが点火せず、7月23日には熱帯暴風雨バーサがテキサス州南部を通過したため延期された。Starshipバージョン3構成としては2回目の飛行で、Starshipが実運用のペイロードを搭載した初の事例でもあった。上段のペイロードベイから20基のStarlink V3衛星が放出され、太陽電池アレイを展開したうえで、大容量レーザーリンクを通じてStarlinkコンステレーションや南アフリカの地上局との通信を確立した。
新たに展開された衛星のうち6基にはStarshipを撮影するカメラが搭載され、SpaceXはほぼリアルタイムで機体を遠隔観察できる新たな能力を得た。衛星の放出と、降下中のRaptorエンジンの再点火は、いずれも設計通りに機能した。Super Heavy Booster 20は、計画より厳しい着水となる着陸燃焼を経てメキシコ湾に着水した。着陸時に使用する予定だった13基のエンジンすべてが点火したわけではなく、ブースターは失われた。上段のShip 40は、SpaceXが同計画で最も穏やかだったとする着水を行い、午後7時56分（日本時間25日午前8時56分）ごろ、スターベースから1万マイル（約1万6093キロメートル）以上離れたインド洋で横倒しになった。
SpaceXのCEOであるイーロン・マスクは着水の数分後、Xに「Starshipは機体の原形を保ち、海に浮かびながらテレメトリーを送信している！」と投稿した。SpaceXは7月28日、インド洋で浮かび続けるShip 40の画像を公開した。機体はなお原形を保ち、データ送信も続けていた。ミッションのライブ配信中、SpaceXの広報担当者ダン・ヒューオットは「これは初めてのことだ」と語った。
■着水を乗り切った熱シールドと「再利用可能」の違い
海に浮かぶロケットの印象的な写真からは、Ship 40の腹側がどのような状態になっているかは分からない。3人の元NASA専門家が着水後の画像を分析したところ、タイルのひび割れ、縁の破損、タイルの継ぎ目に沿って延びる白い筋が確認された。この白い筋は、再突入時に高温のプラズマガスがタイル間の隙間に入り込んだことを示している。
NASAエイムズ研究センターで40年近く熱シールド材料を研究した元NASAエンジニアのダン・ラスキーは、Ars Technicaに対し「Starshipの現在の熱防護システムは、完全かつ迅速な再利用を必要とするあらゆるミッションにとって行き止まりだ」と語った。Gizmodoの報道によると、元NASA宇宙飛行士のチャールズ・カマーダと、トランプ政権の発足時にNASAの政権移行チームを率いたチャールズ・ミラーも、ラスキーの評価に同意した。
ラスキーの評価が特に注目されるのは、その経歴にある。ラスキーは、NASAエイムズが開発した熱シールド材料「PICA（フェノール含浸カーボン・アブレーター）」の共同発明者であり、SpaceXはラスキーの協力を得て、現在ISSへ貨物や乗員を運んでいるDragonカプセルにPICAを採用した。ラスキーはSpaceXの手法を外部から批判しているだけの人物ではなく、SpaceXが別の宇宙船で使用する代替方式の設計者でもある。Starshipで採用されたタイル方式を行き止まりと評する際、ラスキーは自身が内部まで熟知する材料との比較に基づいている。
問題は、タイルが再突入を乗り切れるかどうかだけではない。タイルは再突入に耐えたものの、深刻ではないにせよ目立った損傷を受けた。問題は、その後に必要となる作業だ。Ship 40を再び飛行させるには、熱シールドをタイル単位で検査し、損傷やひび割れのあるタイルを評価して必要に応じて交換し、ギャップフィラー（隙間を埋める部材）の状態を確認して再調整しなければならない。NatureWorldNewsの報道によると、約1万8000枚の六角形セラミックタイルを対象とするこの工程を、SpaceXが最終目標として示してきた数時間単位のターンアラウンドにまで短縮することはできない。
■Starshipの熱シールドの仕組みと設計上の制約
Starshipの上段は、機体外側のステンレス鋼製外板に取り付けられた約1万8000枚の六角形セラミックタイルによって保護されている。再突入時には、機体が大きな迎え角を取り、腹側を前方に向けて大気圏へ進入することで弓形衝撃波を発生させ、最大加熱を機体から遠ざける。低密度のシリカセラミック、すなわち高純度の石英砂を六角形に成形したタイルが熱エネルギーを吸収して再放射し、その下にある構造用ステンレス鋼に熱が到達するのを防ぐ。
Starshipが構造材として304Lステンレス鋼を採用したことには、スペースシャトルのアルミニウム製機体に対する明確な利点がある。シャトルに使用されたアルミニウムが約175度（華氏347度）で構造的な強度を失うのに対し、鋼は構造的健全性を失うまで約800度（華氏1472度）に耐えられる。Gate Newsの報道によると、この違いにより、タイルの損傷や継ぎ目からの高温ガスの侵入が、スペースシャトルの場合と同じようにStarshipを直ちに致命的な状態へ導くとは限らない。Flight 13後に継ぎ目の白い筋が確認されながらも、Ship 40が再突入を乗り切れたのはこのためだ。
しかし、再突入を乗り切ることと、数日以内に再飛行できる状態になることは同じではない。タイル方式は、個々のタイルの性能がどれほど向上しても、設計上、検査から逃れられない。システム全体の熱防護性能が、すべてのタイルと、その間にあるすべての隙間の状態に依存するためだ。スペースシャトルは30年間で135回、年間平均約4～5回のミッションを実施したが、セラミックタイル方式によって迅速なターンアラウンドが実現することはなかった。約2万4000枚のタイルを対象とする飛行後検査は多大な手間を要し、計画の運用コストを大幅に押し上げる要因となった。ラスキー、カマーダ、ミラーは、Starship V3のタイル構成について、形状、取り付けクリップ、材料試験などを改善した同じ設計系統上の漸進的な進歩ではあるものの、根本的に異なる方式ではないと主張している。
SpaceXはFlight 13の数年前から、この制約を認識していた。NatureWorldNewsの報道によると、マスクは2026年2月のポッドキャストで、再利用可能な熱シールドがStarshipに残された「最大の問題」だと語った。「着陸させ、推進剤を再充填して、もう一度飛ばしたいのであれば、4万枚のタイルを念入りに検査するような作業はできない」と述べている。Flight 13の画像を検証した専門家らは、この問題が依然として解決されていないとみている。
エンジニアの間では、代替となる2つの熱防護方式が議論されてきた。1つ目はアクティブ冷却である。タイルで熱を受動的に吸収し、再放射するのではなく、機体表面の流路に冷却材を流し、再突入時の熱を運び去る方式だ。SpaceXはStarshipの初期設計で、2層のステンレス鋼製外板の間に液体メタンを流す方式を検討したが、その後タイル方式へ移行した。2つ目は、交換可能なモジュール式パネルである。損傷した部分をタイル単位ではなく、まとまった区画ごと交換できるようにする方式だ。いずれの代替方式も、大規模な実運用に向けた開発段階には入っていない。
■迅速な再利用が投資家、NASA、Starlinkに与える影響
熱シールドは、単なる工学上の問題ではない。SpaceXは2026年6月12日、ウォール街史上最大となる新規株式公開（IPO）を完了し、Nasdaqにティッカーシンボル「SPCX」で上場した。1株135ドル（約2万2140円、1ドル＝164円換算）で750億ドル（約12兆3000億円）を調達した。同社のS-1登録届出書には、成長戦略が「打ち上げ頻度とペイロード容量を増やす当社の能力に依存する」と記載されている。TechTimesが以前報じたように、SpaceXは2026年下半期にStarlink V3衛星を展開する計画も明らかにしている。この次世代ブロードバンド衛星を経済的に展開するには、Falcon 9ではなくStarshipが必要になる。
Starlinkは2026年第1四半期だけで32億6000万ドル（約5346億円）の売上高を計上し、SpaceXの四半期売上高全体の約69％を占めた。Starshipの打ち上げ頻度が約束された水準を下回れば、Starlink V3網の構築も遅れ、投資家が歴史的なプレミアムを支払った収益モデルに直接的な圧力がかかることになる。
NASAにとっての利害は異なるが、同じように具体的だ。Spaceflight Nowによると、7月23日に公表された米政府説明責任局（GAO）の報告書は、SpaceXがArtemisの有人着陸システム（HLS）計画の「主要な節目について、当初のスケジュールから1年以上遅れている」と指摘し、Raptorエンジンの開発を「主要リスク」に挙げた。NASAはArtemis IIIを月面着陸ミッションから軌道上でのシステム統合飛行へ変更しており、Starship HLSを使用する初の有人月面着陸は現在、早くても2028年が目標となっている。その実現には、単に機能する熱シールドだけでなく、短い間隔で複数回飛行できる熱シールドが必要だ。現在のミッション構成では、宇宙飛行士を月面へ運ぶ前に、十数回を超えるStarshipタンカー飛行を実施し、軌道上で着陸船へ推進剤を移送する必要があるためだ。
■次世代熱シールド研究への投資不足
専門家らの批判には、SpaceXだけでなくNASA自身の研究資金に関わる問題も含まれている。Gizmodoの報道によると、トランプ政権発足時のNASA移行チームを率いたミラーは以前、熱シールドの研究、開発、実証に投資する専用イニシアチブを設けるようNASAに提言したが、その提言は具体化していない。前述したアクティブ冷却や交換可能なモジュール式パネルについて、直近の開発作業をたどると、次世代熱防護技術に対する現在進行中の政府投資ではなく、スペースシャトル時代の計画に行き着く。
この空白により、SpaceXは商業打ち上げ業界全体に関わる問題の解決に、ほぼ単独で取り組むことになっている。いずれかの事業者が最終的に航空機並みのロケット折り返し運用を実現するには、材料科学、検査の自動化、または根本的に異なる熱防護アーキテクチャのいずれかで飛躍的な進歩が必要になる。そうした突破口が間近に迫っているわけではない。SpaceXは、Starshipのタイル方式を放棄し、異なる設計系統へ移行する方針を公には示していない。同社が進めているのは、新たな形状、取り付けクリップ、耐久試験手法などによるタイル方式の継続的な改良だ。
Flight 13でロケットが海に浮かび続けたことは、確かな節目である。Ship 40は、それ以前のStarship機が乗り切れなかった飛行を乗り切った。SpaceXが浮いている機体から収集しているデータ、すなわち送信を続けるカメラや稼働中のテレメトリーは、今後の熱シールド設計に生かされるだろう。NASA長官のジャレッド・アイザックマンは、背景に月が写ったFlight 13打ち上げ時の写真を投稿し、「SpaceXは、われわれがどこへ向かっているのかを分かっている」と記した。ISSに滞在するNASA宇宙飛行士アニル・メノンは、軌道上からスターベースを撮影し、「Send it!」と投稿した。
SpaceXが目的地へ到達できるか、そしてそのビジネスモデルが必要とする飛行頻度で到達できるかは、次回の飛行そのものよりも、過去のあらゆる宇宙船計画で迅速な再利用を阻んできた熱防護の問題を、地球上のどこかのエンジニアリングチームが解決できるかどうかに左右されるのかもしれない。
■注目ポイントQ&A
●なぜSpaceXは飛行間のタイル検査を短時間で済ませられないのですか？
タイル検査の課題は、単なる作業速度ではなく、設計方式そのものにあります。約1万8000枚のセラミックタイルを個別に調べ、ひび割れ、縁の破損、鋼製構造に固定する接着部分の損傷を確認する必要があります。高温のプラズマが不完全な継ぎ目から侵入する可能性があるため、タイル間の継ぎ目についてもギャップフィラーの状態を確認しなければなりません。SpaceXのDragonカプセルで使用されるPICAアブレーション熱シールドを共同発明した元NASAエンジニアのダン・ラスキー氏は、この検査要件はセラミックタイル方式に固有であり、反復改良だけでは解消できないと述べています。スペースシャトルは約2万4000枚のタイルを使用し、30年間で135回飛行しましたが、迅速なターンアラウンドを実現することはありませんでした。
●Starshipの熱シールドはスペースシャトルとどう違い、その違いは役立つのですか？
どちらもセラミックタイルを使い、再突入時の熱を受動的に吸収して再放射する方式です。Starshipの構造上の主な利点は、機体がステンレス鋼で作られていることです。ステンレス鋼は構造的な強度を失うまで約800度（華氏1472度）に耐えられますが、シャトルのアルミニウムは約175度（華氏347度）で強度を失い始めました。このため、タイルの損傷や継ぎ目からの高温ガスの侵入が、Starshipを直ちに致命的な状態へ導くとは限りません。しかし、再飛行の前に損傷したタイルを検査し、必要に応じて交換しなければならない点は変わりません。3人の元NASA専門家は、タイルの品質や取り付け方法を改善しても検査要件は残るため、タイル方式は迅速な再利用にとって行き止まりだと指摘しています。
●迅速な再利用を可能にする代替方式には何があり、SpaceXは開発しているのですか？
エンジニアの間では2つの代替方式が議論されています。1つはアクティブ冷却です。再突入時に、機体外側の表面に設けた流路へ液体冷却材を流して熱を運び去ります。SpaceXはStarshipの初期設計で、2層のステンレス鋼の間にメタン冷却材を流す方式を検討しましたが、採用しませんでした。もう1つは交換可能なモジュール式パネルで、熱シールドの損傷部分をタイル単位ではなく、まとまった区画ごと交換する方式です。ただし、これは構想段階にあり、実運用に向けた開発には入っていません。SpaceXはどちらかの方式へ移行する方針を公表しておらず、タイルの形状、取り付けクリップ、材料の改良を続けています。
●StarshipはいつNASAの宇宙飛行士を月へ運び、熱シールドはスケジュールにどう影響するのですか？
NASAのArtemis計画は大幅に再編されています。かつて初の有人月面着陸として計画されていたArtemis IIIは、2026年2月に地球低軌道でのシステム統合飛行へ変更されました。現在Artemis IVで予定されている有人月面着陸は、早くても2028年が目標です。7月23日に公表されたGAOの報告書は、SpaceXがArtemis HLSの主要な節目で1年以上遅れていると指摘し、Raptorエンジンの開発を主要リスクに挙げています。月面ミッションの構成上、着陸船が月へ向かう前に軌道上で推進剤を移送するため、短期間に複数回のStarshipタンカー飛行が必要になります。したがって、迅速な再飛行を妨げるタイル検査のボトルネックは、Starlinkの展開ペースだけでなく、月面ミッションの準備状況も直接制約することになります。
元記事: Starship Heat Shield Tiles Are a Dead End for Rapid Reuse, Former NASA Experts Warn