“逆転”の発想が生んだ「新型宇宙ステーション補給機（HTV-X）」、日本の技術が拓く宇宙開発の未来

「こうのとり」（HTV）が運んだ実績と未来

宇宙ステーション補給機「こうのとり」（HTV）は、国際宇宙ステーション（ISS）へ食料や衣類、飲料水、実験装置などを届けるために、日本が開発した無人補給船である。

ISS計画では、各国が役割を分担してステーションの建設と運用を支えてきた。そのなかで日本にとって「こうのとり」は、国際協力の責任を果たすうえで欠かせない輸送手段だった。こうした貢献は、「きぼう」の利用や日本人宇宙飛行士の活動を支えるうえでも大きな意味を持っていた。

「こうのとり」の全長は約10m、直径は約4.4mで、打ち上げ時の質量は約16.5t、最大約4tの物資を搭載できた。与圧部に船内用の荷物（与圧カーゴ）を、非与圧部に船外用の荷物（曝露カーゴ）を載せることができる。その大きな輸送力を生かして、ISSで使う実験装置や交換用機器、船外に取り付ける大型機器など、ほかの補給船では運びにくい大型の物資も届けた。なかでも、ISSの電力を支える大型バッテリーを24基運んだことは、大きな成果のひとつである。

また、「こうのとり」で採用された通信機器、軌道変更用エンジン、バッテリーなどの国内技術は、海外の宇宙機やISSの交換品にも採用され、「こうのとり」の継続的な製造とあわせて、国内宇宙産業の発展にも貢献した。

ISSへ近づく際には、まずISSと同じ速度で並んで飛び、最後はISSのロボットアームでつかんで取り付ける「キャプチャー・バーシング」方式を使った。これは当時としては新しいやり方で、実現には多くの技術的課題の克服が必要だったが、成功後は米国の補給船にも使われる標準的な方式になった。日本が生み出した運用技術が、ISSへの物資補給のあり方そのものを変えたのである。

「こうのとり」は、2009年の技術実証機（1号機）から2020年の9号機まで、9回の補給ミッションのすべてに成功した。これによって、宇宙飛行士の生活や科学実験に不可欠な役割を果たし、ISSの運用を支えただけでなく、日本の宇宙開発を次の段階へ進めるための経験と技術を残した。

“二刀流”のHTV-X

そうして蓄積された経験と技術は、後継機である新型宇宙ステーション補給機「HTV-X」へと受け継がれた。HTV-Xは、「こうのとり」の強みを引き継ぎながら、より多くの物資を、より柔軟に運べるようにするとともに、ISSへの補給に加え、宇宙で新しい技術を試す役目も担う宇宙機として開発された。

HTV-Xの特徴のひとつは、輸送能力と使い勝手が高まったことだ。荷物の搭載量[*1]は「こうのとり」の約4tから約6tへ1.5倍に増え、容積も49m³から78m³へと大きく増えた。これにより、より多くの荷物を一度に運べるようになった。加えて、電源が必要な実験装置や冷凍庫にも対応し、低温で保つ必要がある実験サンプルなども安全に運べるようになった。さらに、「こうのとり」では打ち上げ80時間前までに済ませる必要があった物資の最終積み込みが、24時間前まで行えるようになり、鮮度が重要な食料や実験試料を、より新鮮な状態で届けられるようになった。

また、役割が「運ぶ」だけではなくなったことも大きな特徴だ。「こうのとり」はISSへの補給が主な役割だったのに対し、HTV-XはISSを離れたあとも最長1.5年にわたって軌道上で活動し、宇宙で実験をしたり、新しい技術を試したりするための場として使える。こうした二つの役割を持つことから、二本の刀を使い分けた宮本武蔵になぞらえ、「二刀流の補給船」の異名をとる。

さらに、HTV-Xで得られる技術や運用経験は、ISS後の有人宇宙活動や、その先の月探査へ向けた輸送技術にもつながっていくと期待されている。つまりHTV-Xは、新しい時代の宇宙活動へ向けた橋渡しとなる存在でもある。

HTV-Xは全長約8.0m、直径約4.4mの補給船で、軌道上で太陽電池パドルを広げると全幅約18.2mになる。打ち上げ時の質量は最大約16tで、与圧カーゴは約4.0t、曝露カーゴと技術実証機器（宇宙で新しい技術を試すための機器など）は合わせて約2.0tを載せることができる。ISSが飛ぶ高度約300〜500kmの軌道で運用され、最長6か月にわたってISSに係留できる。打ち上げには、日本の主力ロケット「H3」の中でも最も打ち上げ能力が高いH3-24W形態を使う。

HTV-Xを実現した“逆転”の発想

HTV-Xの開発で目指したのは、機体を軽くしながら、より多くの物資を、より効率よく運べるようにすることだった。見比べるとわかるように、「こうのとり」は打ち上げ時質量16.5tで、棚構造を除いた荷物搭載量が約4tだったのに対し、HTV-Xは16tで約6tを実現している。つまり、機体全体の質量を抑えながら、輸送力は1.5倍に高まっている。

ロケットが運べる重さには限りがあるため、機体が軽くなれば、その分だけ多くの荷物を積める。日本はISSの国際協力の中で物資補給を担っており、1回の飛行でより多くの物資を効率よく運べる設計が求められた。

その実現のため、「こうのとり」から機体構成を大きく見直した。「こうのとり」は、「補給キャリア与圧部」、「補給キャリア非与圧部」、「電気モジュール」、「推進モジュール」の4つのモジュールで構成されていた。これに対し、HTV-Xでは、航法・誘導制御や通信、電力、推進などの機能をサービス・モジュールに集約し、船内用の荷物を収める与圧モジュールと組み合わせる、よりシンプルな構成に改めた。

さらに、開発者が注目したのは、与圧モジュールの大きな質量だった。与圧モジュールは、ISSの船内で使う荷物を積むだけでなく、結合後には宇宙飛行士が出入りする空間にもなる。そのため、内外の気圧差に耐え、外から飛んでくる小さな隕石や宇宙ごみからも守れるよう頑丈なつくりになっており、どうしても重くなってしまう。

「こうのとり」では、この最も重い与圧部が機体のいちばん上（先端側）に載り、その下にほかのモジュールが並ぶ配置になっていた。そのため、下側に位置するほかのモジュールは与圧部の質量を支えられるよう頑丈に造る必要があり、それが機体全体の質量をさらに押し上げていた。

そこでエンジニアたちは、この構成を“逆転”させることを思いついた。

「きっかけは、『重たいものを下に置けばいいんじゃないか？』という、ちょっとした思いつきでした」。そう語るのは、開発の指揮を執った藤原哲さん（三菱重工 防衛・宇宙セグメント 宇宙事業部 技術部 国際宇宙ステーション・宇宙探査プログラムマネージャー）だ。

藤原さんは、そのときの考えをこう振り返る。「重い与圧モジュールを、打ち上げ時にいちばん下にくるように置けば、その上に載るサービス・モジュールは、そこまで強度を持たせなくても済む。そのぶん軽くできるんじゃないかと考えたんです」。

そして、実際にこの「逆転」案を検討してみると、「意外といける」ことがわかり、やがて実機の構成として固まっていったという。

この大胆なコンセプトを生み出したのは、長年「こうのとり」を開発・運用してきたベテランのエンジニアたちだった。その経験を活かして「どうすればより良い機体になるか」を考え抜き、初期構想を作り上げたのである。さらに、若手エンジニアたちがその構想を具体的な設計へと落とし込んでいった。

もっとも、単純に構成を逆転すればよいというものではなく、そこにはさまざまな技術的課題もあった。そのひとつが、ロケットとの結合部の設計だった。

HTV-Xでは与圧モジュールが機体の下側にくるため、そこに16tの機体を支え、確実に切り離すための装置を設ける必要があった。

設計者を最も悩ませたのは、宇宙空間での物理的な形状変化への対応だった。与圧モジュールは、宇宙空間に達すると内部の空気の影響で、気圧差によって数mm膨らむ。そのため、ロケットとつなぐアダプター部分には、機体を支えるだけの頑丈さだけでなく、この数ミリの膨張による影響をうまく逃がす工夫も求められた。

とくに、アダプターの下半分には、ロケットから分離するための装置があるため、機体が膨らんでもその変形が分離部に伝わらないよう、上半分で変形を吸収し、下半分は変形しないようにするという、非常に高度で巧妙な構造上の工夫が施された。打ち上げ時の凄まじい荷重に耐える頑丈さと、宇宙でのわずかな膨張を柔軟にいなすしなやかさという、相反する性質をひとつの構造の中で両立させなければならなかったのである。

さらに、機体全体の大きさを大きく変えずに積載量を増やすため、内部設計も見直した。「こうのとり」の運用で得られた知見を生かし、これまで十分に使い切れていなかった空間まで活用することで、積み込める量を増やしていった。また、与圧モジュールを下に配置したことで、打ち上げ直前に床に立った状態で下から荷物を入れることが可能になり、それによっても積載できるエリアや量が増えた。

さらに、機体内部の精密な電子機器を守るため、ロケットからの分離時の衝撃も抑える必要があった。「こうのとり」では火薬でボルトを切る方式を採っていたが、衝撃が大きすぎたため、HTV-Xでは「低衝撃分離」という新しい方式を採用した。低衝撃を実現するため、アダプターは、当初の一体構造から、「金色の部分（三菱重工製）」と「銀色の部分（分離機構メーカー製）」からなる2分割構造へと改めた。異なるメーカーが手がけた精密な部品を、16tの荷重に耐えるひとつの構造体として統合し、調整することにも大きな工夫が注がれている。

長期間運用を可能にするための工夫も加えられている。HTV-Xは、ISSを離れたあとも最長1.5年にわたって運用することを想定しているため、「こうのとり」より長く過酷な宇宙環境にさらされる。そこで、高度400km付近に多く存在する原子状酸素によって断熱材が傷まないよう、表面を特殊な膜で保護する対策を取っている。これにより、機体の色も先代の茶色から金色に近い外観へと変わっている。さらに、運用期間が長くなるほど、微小隕石や宇宙ごみ（デブリ）が機体にぶつかるおそれも高まる。そのため、防護パネルのわずかな隙間もできるだけなくすよう設計が見直され、安全性が高まった。

立体パズルのように積んでいく

HTV-Xへの荷物の積み込みにも、エンジニアの技が光る。荷物の配置は、ただ多く載せればよいわけではない。4tもの荷物をできるだけ無駄なく詰め込みながら、機体の重心を目標点から限られたごく狭い範囲に収めなければならない。重心がずれると、打ち上げ時や軌道上での姿勢制御に悪影響を及ぼすおそれがあるからだ。

加えて、軌道上で宇宙飛行士が荷物を出し入れしやすいよう、レイアウトを工夫する必要もある。鋭い突起をできるだけなくすことや、部品が外れて船内に漂わないようにすることなど、厳しい安全ルールに従う必要もある。

特別な荷物への対応も重要になる。たとえば、タンパク質結晶実験用の冷蔵カーゴや、小動物の飼育装置を積む場合には、適切な温度の空気を送るため、空気の通り道をどう配置するかまで考えなければならない。

しかも、積み込む荷物のリストは米国航空宇宙局（NASA）やJAXAから示されるものの、直前になって「これは載らなくなった」、「これはISSで優先して取り出せるようにしてほしい」といった変更が出ることもある。設計者はそのたびに配置を見直さなければならない。

また、荷物を積み込む方法にも工夫が凝らされている。先代の「こうのとり」では、はしごを使って上から荷物を入れていたが、HTV-Xでは床に立ったまま下から荷物を入れられるようになった。これにより、積み込み作業は大きくしやすくなった。

当初は、リフターという荷物を上げ下げできる機械を広く使うことも検討されたが、試験の結果、作業者の感覚と経験を生かした人の手による作業の方が、安全で確実だと判断された。そのため、数十kgもある重い荷物や、荷物を載せるための「搭載構造」を機体に取り付ける場合などを除き、基本は人の手で積み込むことになった。

さらに、積み込みやすさと軌道上での取り出しやすさを両立させるため、3種類の着脱式搭載構造、つまり必要に応じて取り外しできる荷物の取り付け構造が新たに開発された。

こうした、さまざまな条件を同時に満たす搭載の設計は、まるで立体パズルのようである。

そのパズルの解決に取り組むエンジニアの一人、御子柴稜さん（三菱重工 有人システム設計課 与圧構造チーム）は、その難しさを次のように語る。

「重力がある地上で作業者が作業する作業性も、無重量状態の宇宙で宇宙飛行士が作業する作業性も考えないといけません。電気や空調のインターフェースもあります。荷物の変更も頻繁に発生します。さまざまな要素を、限られた搭載構造の中に収めないといけません」。

ただ、それだけの苦労をして積んだ荷物が、その想いとともに宇宙に届いたときの感動はひとしおだという。「ISSでハッチが開いて、私が作業をした搭載構造がパッと見える。それを見たときは、『ああ、宇宙に行ったんだな』としみじみ感じます」。

進むHTV-X1ミッション、そして未来へ

HTV-Xの1号機（HTV-X1）は、2025年10月26日9時ちょうど、H3ロケットで種子島宇宙センターから打ち上げられた。10月30日にはISSへ到着し、JAXAの油井亀美也宇宙飛行士がISSのロボットアームを操作してHTV-X1をつかみ、ISSへ取り付けられた。

その後、HTV-X1はISSにおよそ4か月間つながれた状態で、運んできた物資の搬入や、不要になった物の積み込みが行われた。そして2026年3月7日にISSから離脱した。その後、約2か月半の技術実証期間に入り、小型衛星の放出、軽くて大きく広がるアンテナの実証、次世代の太陽電池の試験、多様な軌道・姿勢などでの実験を行った。そして、5月26日に地球の大気圏に再突入し、ミッションを完遂した。

HTV-Xは今後も、年1機程度の頻度でISSに向けて打ち上げられ、補給と実証の両面で重要な役割を担っていく。

そして、HTV-Xの未来はそれだけにとどまらない。

ひとつは、民間が担う宇宙ビジネスへの展開だ。現在、米国などの民間企業が計画している民間商用宇宙ステーションへの物資補給をビジネスとして担うことを目指し、必要な技術開発や改良が進められている。あわせて、1年に2機といった、いまより高い頻度での製造・打ち上げを可能にするため、製造工程や設計の合理化といった取り組みも進んでいる。

さらに、将来の有人月探査を視野に入れた改良の構想もある。そのためには、自動でドッキングする技術を身につけることや、内部で電力を使う荷物を増やすための高度な熱制御の実現、さらには与圧構造の軽量化などが課題として挙がっている。月への輸送では、地球低軌道への補給以上にロケットの能力に余裕がないため、こうした技術をさらに高めることが重要になる。

さらに、HTV-Xは無人の宇宙機だが、そこで培われる技術やノウハウは、将来、日本独自の有人宇宙船につながっていくかもしれない。

藤原さんは「HTV-Xは無人の宇宙機ですが、将来、有人宇宙船を開発するときには、HTV-Xの技術がベースになっていくでしょう。『こうのとり』の時代から、さまざまな検討や実証を行ってきた実績もあります。『いつか日本独自の有人宇宙船を実現したい』。そうした想いは、私に限らずみんな持っていると思います」と語る。

「技術的には可能だと思っています。人が乗る部分の環境制御・生命維持システムや操縦系統（ヒューマン・マシン・インタフェース）といった技術がまだ不足していますが、三菱重工を含めて、日本全体で技術を積み重ねていきたいです」。

実は、HTV-Xの初期コンセプトでは、与圧モジュールにサイドハッチ（横の入り口）を設けることも検討されていた。いちばんの目的は荷物を入れやすくすることだったが、同時に、将来、宇宙飛行士が乗り込む有人宇宙船への発展を念頭に置いたものだった。最終的には、時間やリスク、コストの面から採用は見送られたものの、有人宇宙船に必要となる技術を検討したこと自体が、その実現に向けた大切な積み重ねになっている。

HTV-Xは「こうのとり」の後継機であるだけでなく、日本の宇宙輸送を次の段階へと押し進める存在でもある。いつの日か、私たちはHTV-Xから発展した宇宙船に身を託し、宇宙ステーションへ、そして月へと向かうかもしれない。

「こうのとり」が築いた技術と実績、そして次の時代を拓こうとする志を受け継ぎ、HTV-Xは日本の宇宙開発の新しい未来へ向けて羽ばたき始めた。

Writer

鳥嶋 真也（とりしま しんや）

1987年生まれ。宇宙開発、宇宙科学、天文学の分野を中心に取材・執筆活動を行う。宇宙開発の歴史を調べることがライフワーク。著書に『イーロン・マスク』(共著、洋泉社)があるほか、月刊『軍事研究』誌など複数の媒体で記事を執筆している。新聞やテレビ、ラジオでの解説も多数。“軌道”つながりで鉄道も好き。

Webサイト: Pale Blue . Space (https://pale-blue.space/)

note: 探検された天の世界 - Celestial Worlds Explored｜note (https://note.com/celestial_worlds)

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