地球に、宇宙に、やさしい未来をつくる

ECO ROCKET PROJECT

ECO ROCKET PROJECT

弊社が開発する「ECO ROCKET」は、2つの大きな要件を定め、開発を進めている。
一つ目は「再使用型」であるということ。
二つ目は「クリーン燃料」を使用し、カーボンニュートラルに貢献すること。
「再使用型ロケット」
現在、全世界で打ち上げられている宇宙ロケットのほとんどが「使い捨てロケット」です。
毒性のある燃料を含んだままの機体が、海洋投棄されていることもあります。
「クリーン燃料」
地球における脱炭素社会の実現に向けて、大きな問題を抱えている畜産業。
日本の北海道十勝エリアも、同様の問題を抱えています。
我々は大手ガスメーカーと連携し、バイオ発電に新たな装備を加えることで高純度の
バイオメタン燃料を生成し、「ECO ROCKET」の燃料に使用するとともに
街全体の活性化とカーボンニュートラルに貢献していきます。

SPACE WALKER’S ECO ROCKET has two essential concepts―reusability* and clean fuel**.
*Many space rockets are expendable and dumped into oceans with toxic fuel.
**SPACE WALKER is adding equipment to a biopower generator to create high-purity biomethane rocket fuel from livestock waste, partnering with a major gas manufacturer, local government and businesses in Hokkaido―helping the livestock industry to reduce GHG emissions, and contributing to the local economy.

1. はじめに
SPACE WALKER は、2017 年 12 月に大学発ベンチャーとして立ち上がった有翼再使用ロケット（以下、サブオービタルスペースプレーン）の開発を手掛けるスタートアップ企業である。
著者の一人である米本は、1980 年代に東京大学宇宙航空研究所教授（当時）長友信人によって提案された単段式宇宙往還機を目指した実験機HIMES (Highly Maneuverable Experimental Space vehicle）の研究開発、引き続き宇宙開発事業団 (NASDA) と航空宇宙技術研究所 (NAL) が主導する無人宇宙往還機 HOPE/HOPE-X (H-II Orbiting PlanEeXperiment)プロジェクトに参加した。九州工業大学時代に、HIMES をベースにした単段式宇宙往還機の研究開発と宇宙航空研究開発機構（以下 JAXA）との共同研究の実績で商業化までの道筋を見出した。
公認会計士・税理士として会計事務所を経営していた筆者は、米本と約 1 年間の準備期間を経て 2017年 12 月に大学発ベンチャーSPACE WALKER を創業した。現在、川崎重工業、IHI、IHI エアロスペース、東レ・カーボンマジック，そして JAXA 等とパートナーシップを締結し、産官学のオープンイノベーション体制で商業化に向けたサブオービタルスペースプレーンの開発に挑んでいる

2. SPACE WALKER の SDGs の取り組み
SPACE WALKER は設立からの経営理念を 2020 年7 月に「SDGs の取り組み」として整理し、チーム・環境対策・教育の３つの重要課題を発表した。
(1) チーム
　a) オープンイノベーション：自社開発にこだわらず、大企業との連携を含む産官学連携体制を構築することでチーム一丸となって実現を目指す。
　b) 3 つのダイバーシティ：「デモグラフィー型」・「タスク型」・「オピニオン」の３つのダイバーシティを推進する。すなわち、意欲のある多種多様な人材を登用することで多角的な視点から課題を解決する。
　c) エコシステム：新しい産業の創出のための社会実証の場として、地域社会一体となったエコシステムを構築する。
(2) 環境対策
　a) 再使用ロケット：従来型の使い捨てロケットは打ち上げ後 1 段目を海洋投棄しているが、今後のロケット打ち上げ需要の高まりにより拡大しかねない環境汚染を再使用ロケットの実現により解決する。
　b) カーボンニュートラル燃料：ロケットエンジンの推進薬として、温室効果ガスを増加させるケロシン等の使用を避け、バイオ由来の液化メタンを使用する。
(3) 教育
　a) 産学連携：国内外の大学との協力体制を構築し、実務に基づく生きた教育環境を提供する。これにより、将来にわたって産業を担うエンジニアの育成と技術の継承に貢献する。
　b) 実験機会の提供：最初の商業ロケットでは，宇宙空間での科学実験等を実施する。宇宙空間での実験機会を安価で実現することにより、幅広く質の高い工学研究や教育の現場を提供する。

3. 従来の宇宙輸送システムの課題
ロケットの起源は，推進薬としてアルコールと液体酸素を組み合わせた液体燃料ロケットの実験をしたロバート・ゴダードと言われている．実際に実用化されたのは，第二次世界大戦のドイツの V2 ロケットである。
米国のスペースシャトルの登場までは，使い捨てロケットを中心に開発が進んできた。このスペースシャトルも、有人宇宙船としてのオービターの再使用に留まり，思うような低コスト化が実現できなかったこと，また二度の人命にかかわる大事故を起こしたこともあり、2011 年の国際宇宙ステーションの完成を最後に引退した。
その後米国では、ポストスペースシャトルを目指した単段式完全再使用型宇宙輸送システムベンチャースター計画において、X-33 実験機の開発が進められたが、複合材製の液体水素タンクの開発失敗が原因でプロジェクトは頓挫した。
したがって 2015 年に SpaceX 社（米）が一段目の再使用に成功するまでの間、世界の宇宙開発は使い捨てロケットに支えられてきたと言える。2020 年より SpaceX の本格的な小型通信衛星打上が始まったが、まだまだ世界全体のロケットの打ち上げのほとんどは使い捨てに頼っているのが現状である。
ところで，使い捨てロケットは毎回打ち上げのたびに製造を要することから，次のような二つの課題があると言われている。
(1) 毎回の製造コストを要することによる打ち上げ
コストの低減が困難
(2) 製造リードタイムの制約による年間の打ち上げ頻度が低い
しかし、これらの課題は、使い捨てロケットであっても大量生産・大量消費による規模の経済によってある程度の解決が図られる可能性がある。
一方で，海洋投棄の問題だけは払拭が困難である。
毎回打上のたびに海洋投棄されるような宇宙開発が進んでしまうと，今後環境問題がより一層顕在化してくる事は明らかである。

4. 宇宙開発の加速に伴うロケット打上需要の増加
小型通信衛星の打ち上げは、SpaceX 社の Star Link計画や AMAZON 社の Kuiper 計画が代表的である。
その最終的な打上計画数は、約 10,000～45,000 基ともいわれている。これらの打上軌道は低軌道で、その寿命は約 5 年程度である。したがって、年間 2,000 基～9,000 基のリプレイスが必要と考えられる。SpaceX社の現在運用している Falcon9 の同時打上数が約 60機であるが、全て Falcon9 級のロケットで軌道投入を行う事を想定したとして 33 回～150 回/年と予測される。
また、文部科学省が 2021 年 06 月に発表した「革新的将来宇宙輸送システム実現に向けたロードマップ検討会」の中間取りまとめによれば、今後有人サブオービタル飛行について 2040 年以降 8800 回/年のフライト
需要が予測されているとしている。
この 10 年で世界のロケット打ち上げ回数は約 4.5倍になってきている。地上の通信環境の発展、現在計画されている小型通信衛星の打ち上げ計画数、今後の有人サブオービタルやオービタル飛行の需用増加予測等の推移を鑑みれば、低軌道の商業マーケットの拡大に伴い、今後ますますロケットの打ち上げが増加していく事となろう

5. サステナブル宇宙開発宣言と「ECO ROCKET」
SPACE WALKER は、前述の使い捨てロケットに支えられた宇宙開発の現状を懸念し、SDGs への取り組みの一環として、2021 年 3 月にサステナブル宇宙開発宣言をリリースした 2)。更に 2021 年 6 月 5 日の世界環境デーには、その具体化となる「ECO ROCKET」の発表を行った。
この「ECO ROCKET」は、大きく二つの要素から構成される。
(1) 再使用型宇宙輸送による脱海洋投棄
(2) 液化バイオメタン推進薬の採用
特に後者のカーボンニュートラルな液化バイオメタンの利用は，持続可能性社会実現に向けて重要は技術貢献である。

6. おわりに
ここ数年で宇宙開発、特に低軌道への宇宙輸送については大幅に変貌を遂げている。SpaceX 社の登場により世界中で多くの民間企業が商業宇宙開発に参入を始めた。低軌道の先の月面や火星といった深宇宙にむけて人類の活動圏を拡大する動きも出てきており、宇宙開発は今まさに未開の地を求めて船出する大航海時代を迎えていると言えよう。地上の大航海時代ではこの時代を機に造船技術や羅針盤技術など多くの技術革新が起きた。更に、後のイギリス産業革命による蒸気機関の発達によりモビリティ革命が起きていった歴史がある。しかし同時に化石燃料の使用が大幅に増大し、温室効果ガスの問題を加速していく原点となったのもこの時代であった。宇宙を相手にした技術革新は、今後ますます加速していくことであろう。その時に、地球の環境保全も含めた宇宙の持続可能性を常に意識した開発を心掛けていかねば、地球上で起きた環境問題を宇宙にまで持ち込むことになってしまう。同じ過ちを繰り返さないためにも、地球の歴史に学ぶところは多い。

1. Introduction
SPACE WALKER is a university startup established in December 2017, developing winged reusable launch vehicles (hereafter referred to as suborbital spaceplanes).
In the 1980s, SPACE WALKER Founder and CTO Dr. Yonemoto was involved in the research and development of HIMES (Highly Maneuverable Experimental Space vehicle), a single-stage space plane proposed by Nobuto Nagatomo, then a professor at the Institute of Space and Aeronautical Science of the University of Tokyo. He then participated in the HOPE/HOPE-X (H-II Orbiting PlanEeXperiment) project led by National Space Development Agency of Japan (NASDA) and National Aerospace Laboratory of Japan (NAL). During his time at the Kyushu Institute of Technology, he found a path to commercialization with his research and development of a single-stage space plane based on HIMES and the results of joint research with the Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA).
Akihide Manabe, who ran an accounting firm as a certified public accountant and tax accountant, spent a year of preparation with Dr. Yonemoto and founded the university venture SPACE WALKER in December 2017. Currently, SPACE WALKER has partnerships with Kawasaki Heavy Industries, IHI, IHI Aerospace, Toray Carbon Magic, JAXA and others to develop suborbital spaceplanes for commercialization through an open innovation system of industry, government and academia.

2) SPACE WALKER's commitment to Sustainable Development Goals

In July 2020, SPACE WALKER aligned its corporate philosophy since its establishment with the initiatives of Sustainable Development Goals and addressed three key issues: team, environmental measures, and education.
(1) Team
　a) Open innovation: Instead of being limited to in-house development, the team will work in a cooperative ecosystem between industry, government and academia, including collaboration with large companies.
　b) Three types of diversity: "demographic", "task" and "opinion". We will solve problems from multiple perspectives by appointing a diverse range of highly motivated people.
　c) Eco-system: An eco-system will be built to integrates the local community as a place of social demonstration for the creation of new industries.
(2) Environmental measures
　a) Reusable rockets: The first stage of conventional expendable rockets is dumped into the ocean after launch, however reusable rockets will address the concerning issue of environmental pollution which will most likely intensify along with the rising demand for rocket launches.
　b) Carbon-neutral propellant: The use of bio-derived liquefied methane will replace kerosene as rocket engine propellant, reducing greenhouse gas emissions.
(3) Education
　a) Industry-university cooperation: We will establish a cooperative system with domestic and foreign universities to provide a live educational environment based on practical work. This will contribute to the inheritance of technology, and the nurturing and development of engineers who will take on important roles in the industry's future.
　b) Offering experimental opportunities: The first commercial launch vehicle will conduct scientific and other experiments in space. This will offer a wide range of onsite opportunities for high quality engineering research and education by providing inexpensive experiments in space.

3. Challenges of conventional space transportation systems
It is said that Robert Goddard is the father of rocket propulsion. He experimented with liquid-fuel rockets that combined alcohol and liquid oxygen as propellants. The first practical application of this technology was the German V2 rocket of World War II.
Until the advent of the Space Shuttle in the United States, development focused on expendable rockets. The Space Shuttles were retired after the completion of the International Space Station in 2011, in part because it was only a reuse of an orbiter as a manned spacecraft and did not achieve the desired low cost, and in part because of two serious accidents involving human lives.
Later, in the United States, the X-33 experimental vehicle was developed as part of the VentureStar project, a single-stage, fully reusable space transportation system aimed at a post-Space Shuttle future, but the project was abandoned due to the failure to develop a liquid hydrogen tank made of composite materials.
Although SpaceX began launching small communications satellites in 2020, most of the world's rocket launches still use expendable rockets. Expendable rockets pose two issues:
(1) Difficulty to reduce the launch cost due to the cost of individual manufacturing for each launch.
(2) Constraints of manufacturing lead-time dictates low annual launch frequency.
These problems of expendable rockets may possibly be solved to some extent by economies of scale through mass production and mass consumption.

On the other hand, there is another problem that will only intensify, unless the industry changes rapidly, which is the ocean dumping of expendable rockets and components.
It is clear that environmental problems will become more apparent in the future if space development proceeds in such a way that every time a spacecraft is launched, remnants are dumped into the ocean.

4. Increasing demand for rocket launches pushed by the acceleration of space development
The Star Link program of SpaceX and the Kuiper program of AMAZON are typical examples of small communication satellite launches.
The final number of planned launches is said to be approximately 10,000 to 45,000. These launches are in low orbit and have a life of about five years. The number of simultaneous launches of SpaceX's Falcon 9 is approximately 60, however assuming that all launches are performed by Falcon 9 class rockets, the number of launches is estimated to be 33 to 150 per year.
According to the interim report of the Roadmap Study Group for the Realization of Innovative Future Space Transportation Systems, published by the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT) in June 2021, the demand for manned suborbital flights is expected to increase to 8800 flights per year from 2040.
In the last decade alone, the number of rocket launches worldwide has increased by a factor of 4.5. In view of the development of the communications environment on the earth's surface around the globe, taking into account the number of small communications satellites currently planned for launch, and the projected increase in demand for manned suborbital and orbital flights, it is likely that rocket launches will continue to increase as the commercial market for low Earth orbit expands.

5. Pledge of Sustainable Space Development and ECO ROCKET
In March 2021, SPACE WALKER released a Pledge of Sustainable Space Development as part of its commitment to the Sustainable Development Goals, addressing concerns caused by the current space development mainly supported by expendable rockets. This was followed up by our press release on 5 June 2021, World Environment Day, when we announced ECO ROCKET, a project that embodies our aforementioned pledge.

SPACE WALKER’s ECO ROCKET consists of two major elements.
(1) The elimination of expendable elements, replaced by reusable space transportation
(2) Use of liquefied biomethane propellants
In particular, the use of carbon-neutral liquefied biomethane, is an key technological contribution towards the realization of a circular economy in the sustainable society.

6. Conclusion
In the last few years, space exploration, and in particular space transportation to low Earth orbit has undergone a major transformation, with the emergence of SpaceX and the entry of many private companies into commercial space exploration worldwide. The trend sees human activity to continue extending beyond low Earth orbit into deep space, such as the Moon and Mars. Space exploration is now entering an age of voyage in uncharted territory. As we look to the future, there is much to learn from our past in order to avoid repeating the same mistakes humans have made before. During the Age of Discovery here on Earth, humans accomplished many technological innovations including advancements in shipbuilding and compass technology. This was followed by the development of the steam engine in the Industrial Revolution in Britain, which led to a revolution in mobility. At the same time, however, the use of fossil fuels increased dramatically, accelerating the problem of greenhouse gases. As technological innovation in space continues to gain pace towards the future, it is all the more vital as an industry to be conscious of the sustainability of our space technology, including the preservation of the Earth's environment, to prevent bringing the environmental problems that occurred on Earth into space with us.

https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000019.000036314.html