最初の再使用型宇宙往還機（X-15）は1963年7月19日に専用母機であるNB-52からの空中発射方式で発射されロケットモーターを使用して弾道飛行した[24]。最初の部分的に利用出来る有人宇宙船（スペースシャトル）はユーリ・ガガーリンの宇宙飛行20周年にあたる1981年4月12日にアメリカで発射された。
スペースシャトル時代の間に6機のシャトルが建造され、実験機のエンタープライズを除く5機が再使用型宇宙往還機として実際に運用された。エンタープライズは滑空実験機としてNASAで専用にボーイング747を改造したシャトル輸送機の背に乗せられ、空中で切り離して滑空後、エドワーズ空軍基地に着陸させる実験を行った[26]。
最初に宇宙に到達したスペースシャトルはコロンビアで、その後チャレンジャー、ディスカバリー、アトランティス、そしてエンデバーと続いた。エンデバーは1986年1月28日のチャレンジャー号爆発事故の後に建造されたもので[27]、その後コロンビアも2003年2月1日のコロンビア号空中分解事故で失われた
ソビエト連邦最初の再使用型宇宙往還機の計画は1988年11月15日に打ち上げられたブランだった。この計画は同日の打ち上げで1回の飛行を行っただけで終了した。ブランは有人宇宙往還機として設計されたが、外観はアメリカのスペースシャトルに非常に酷似していた。スペースシャトルでは補助ブースターには液体燃料を使用し、メインエンジン及び外部燃料タンクを必要とするが、ブランのブースターは逆噴射に使用するのみなのでそれらの外部装備は必要としないため、スペースシャトルに比べてずっと小さい。ブランによる再使用型宇宙往還機計画は1991年のソビエト連邦崩壊によって予算が縮小され、そのまま計画は終了している。この無人打ち上げを行った機体はその後モスクワのゴーリキイ公園で2003年現在も展示されている[29]。
宇宙開発の展望[30]では1回の飛行に10億ドルの費用を使うスペースシャトルは2010年までに老朽化によるコストの上昇を招き、運用が停止されると予想されている。スペースシャトルによる人間の輸送の役割は2014年までの間に部分的に再利用可能な次世代有人宇宙船であるクルー・エクスプロレイション・ビークル（Crew Exploration Vehicle, CEV、2006年8月22日にオリオンと正式名称が付けられた[11]）に切り替えることが計画されている。スペースシャトルによる重量物輸送の役割は発展型使い捨てロケット (Evolved Expendable Launch Vehicle, EELV) かシャトル輸送型使い捨てロケット (Shuttle-Derived Launch Vehicle) などの次世代使い捨て型ロケットに引き継がれる計画である[31][11][32]。
スケールド・コンポジッツ社はAnsari X Prize賞を獲得するために2004年にマイク・メルヴィルとブライアン・ビニーを乗せたスペースシップワンを打ち上げ、X-15の打ち立てた記録を破りこれを獲得した[33]。スペースシップ社はスペースシップツーを製作するだろうと予想されている。ヴァージン・ギャラクティック社によって運営されるスペースシップツーは2008年には乗客から料金を受け取って再利用可能な宇宙船として個人的民間宇宙旅行を始められると考えられている[34][35]。
宇宙開発における事故 [編集]
全ての打ち上げ機が軌道に到達する際に必要となる膨大なエネルギーの元を保持している。従ってこれが何らかの重要な要素によって突然このエネルギーを放出出来てしまうというリスクを抱えている。1997年1月17日のデルタIIロケットが打ち上げ13秒後に爆発した事故では、16キロメートル（10マイル）離れた商店の窓ガラスが割れたという報告が為された[36]。
更に、宇宙はかなり予測が出来る環境ではあるが、偶然の減圧のリスクや新たに開発された設備での失敗の可能性がある。
宇宙天気予報 [編集]
宇宙天気は宇宙の中の環境変化条件の概念である。それは惑星の大気中の天気の概念と異なり、宇宙空間でのプラズマ、重力波放射、宇宙空間のその他の物質などに関わる件を対処する（一般的に地球のみならず惑星間、恒星間の影響も考慮する）。「宇宙天気は宇宙の地球に影響する状態について説明している」、「地球の宇宙天気は太陽の動き、地球の磁場の自然、及び太陽系の中の地球の位置関係の結果である」
宇宙天気は宇宙探検と宇宙開発に関連するいくつかの領域で深遠な影響を及ぼす。地磁気的な条件を変えると、低軌道宇宙船の高度の急速な降下を引き起こす大気中の密度の変化を引き起こすことが出来る。増加する太陽活動による磁気嵐は潜在的に宇宙船のセンサーの誤動作を引き起こしたり、車載エレクトロニクスの動作を妨げることが出来る。また、宇宙環境変化条件の理解も有人宇宙船と生命維持装置の設計に重要である[38]。
環境問題 [編集]
構造物としてのロケットは本来は甚だしく汚染されてはいない[39]。しかし、いくつかのロケットは毒性の強い推進剤を使用し[40][41]、ほとんどの宇宙船はカーボンニュートラルでない推進剤を使用している。多くの固体燃料ロケットがパーコライトまたは他の化学物質に由来する塩素を持っており[42]、これらはオゾン層への一時的なオゾンホールを引き起こす場合がある。大気圏再突入を行う宇宙船はオゾン層に一時的な影響を与えることとなる硝酸塩を発生させる。ほとんどのロケットは環境に影響を与えることが可能な金属で作られている[43]。
これらの問題は地球付近の宇宙環境にも影響を及ぼす。軌道上のスペースデブリ同士の衝突によって増殖する宇宙のごみはケスラーシンドロームを引き起こすので、近い将来に宇宙開発が出来なくなるという懸念が出てくる。従って、現在の宇宙船は再利用が可能なように設計されている
宇宙船は宇宙空間で飛行する軌道を制御出来る乗り物である。最初の「本当の宇宙船」はアポロ計画における月着陸船であると言われている[45]。以来これは設計された唯一の空力抵抗を考慮していない宇宙空間での乗り物であり、宇宙空間の中だけで動作した[46]。
有人宇宙飛行 [編集]
世界初の有人宇宙飛行は1961年4月12日のボストーク1号であり、ソビエト連邦のユーリ・ガガーリンは世界初の地球を周回した宇宙飛行士となった。公式なソビエト連邦の報告書には、ガガーリンが地上から約11キロメートル（7マイル）の空中からパラシュートで降下したという事実がどこにも言及されていない[47]。当時のFAI国際航空連盟の規定では「宇宙飛行士は打ち上げから着陸に至るまで宇宙船の中に居なければならない」という規定があり（2004年現在は改訂されている[3]）、これを適用するとガガーリンは宇宙飛行士の資格を喪失するため隠蔽したと考えられている。現在の有人往復宇宙飛行に使用される宇宙船はアメリカのスペースシャトルとロシアのソユーズである。それぞれに関する過去の宇宙計画では他の宇宙船を使用していた。最近では、中華人民共和国の神舟計画のひとつである神舟5号がアメリカのスペースシップワンのように2回の有人宇宙飛行を行った。世界でも人間を宇宙に出した国は26ヶ国あるが、自国開発のロケットでの直接的な有人宇宙飛行を成功させた国はロシアとアメリカ、中国だけで、アメリカに続いて3番目、42年ぶりとなる[48][49]。
無重量状態 [編集]
長期間の無重量状態に身体を置くことは複数の健康的問題を引き起こす。骨は脆くなり、筋肉及び心臓筋肉組織の永久的な萎縮が始まる[50]。
また短期間の無重量状態で宇宙酔いを引き起こす。内耳の三半規管が重力による抵抗を失って混乱するためだろうと言われているが、未だに解明されていない。前庭覚（平衡感覚）と視覚などの入力情報が中枢神経系で混乱することで宇宙酔いが始まったとする説もあり、研究が続けられている[51][52]。
放射 [編集]
太陽放射、宇宙線は地球大気の上のヴァン・アレン帯で遮られている[53]。
生命維持 [編集]
有人宇宙飛行では生命維持装置は人間が宇宙空間で生き延びることを可能にするデバイスのひとつである。有人宇宙飛行任務のこれらの装置について説明するとき、NASAはよくEnvironmental ControlとLife Support Systemの頭文字であるECLSSを使用する[54]。生命維持装置は水、空気、食べ物を供給する。また、身体に対する適度な空気圧を維持し、排泄された老廃物に対処しなければならない。宇宙線やマイクロ隕石などによる外部要因への防御も必要であるかもしれない。生命維持装置の部品はライフ・クリティカル・システムによって設計・構成されており、安全工学が考慮されている。
惑星間宇宙航行 [編集]
惑星間の航行 (Interplanetary travel) はひとつの惑星系内の惑星間の航行を指す。実際には用語の定義は太陽系の惑星の間を旅行する場合に限られる。
恒星間宇宙航行 [編集]
現在5隻の宇宙船が太陽系を離れて航行している。最も太陽系から遠く離れている位置にある宇宙船はボイジャー1号である。2007年7月19日現在で太陽から154億8千万キロメートル（103.35天文単位）の位置にあり、秒速17.12キロメートル（3.61天文単位 / 年）の速度で移動している[55]。比較的近距離にある恒星であるプロキシマ・ケンタウリまでは26万7,000天文単位の距離があり、到達までに7万4,000年の年月が掛かると計算されている。
銀河間宇宙航行 [編集]
現代の科学力では銀河間の航行は恒星間の航行を遙かに凌駕する技術的困難が容易に予想されるため、純粋にサイエンス・フィクションでしかないと考えられている。
天体力学 [編集]
重力と推進効果に関連する天体力学は宇宙船軌道の研究となる。天体力学は、宇宙船が過度の燃料消費を行わず目的地に到達するための計算結果を導く。
宇宙船の推進機構 [編集]
現代の宇宙船は推進機構としてロケットを使用しているが、イオンエンジンなどの電気推進が実用化され無人宇宙機などでの使用例が増えており、これは宇宙機の重量をかなり軽減しながらデルタ-Vに到達することが可能である。
宇宙飛行のコスト、市場、及び用途 [編集]
現代の宇宙飛行のコストは普遍的でなく、頻繁に政府によって代価が支払われている。しかし純粋に市販の衛星放送などの分野では政府によって一部の資金の供給が行われているものの多くの発射市場の需要がある。
宇宙飛行の用途
偵察衛星、気象衛星などの地球観測衛星。
宇宙開発。
現在では規模の小さい市場である個人宇宙旅行。
通信衛星。
衛星測位システム。
これらの中で成長を期待されているものとしては民間営利会社の運営による個人宇宙旅行がある。宇宙への飛行に関する高い費用には政府の非効率さも含まれると考えられている。確かに、文書業務に関するNASA周辺のコストは伝説的であり、民間営利会社がより効率的に運営を行えばコストはかなり低減することが出来るだろう。ファルコン1などの民間宇宙船は個人的な財産で開発されており、打ち上げに関するコストも非常に低い。
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