「宇宙交通が日常的になると、商業航空交通と宇宙交通の間に大きな衝突が生じることになるだろう」とスタンフォード大学の航空宇宙工学教授、フアン・アロンソ氏は言う。
現在、軌道打ち上げは世界中で年間約70回と、頻度は低い。そのため、例えばケープカナベラルからSpaceXのFalcon 9ロケットの打ち上げが予定されている場合、「特別使用空域」が発動され、打ち上げに対応するため、その空域での航空機の航行は数時間にわたって禁止される。
しかし、アロンソ氏は5年から7年先の未来を考えている。ヴァージン・ギャラクティックやエックスコールといった宇宙旅行会社が1日に複数回の弾道飛行を計画し、スペースX、シエラネバダ、ビゲローといった軌道飛行会社が人や物資を軌道上に送り込むことで、空は混雑していくだろう。ヴァージン・ギャラクティックやエックスコールといった会社が提供する弾道飛行の「上下運動」は、現在ゼロだが、今後は年間数百から数千にまで拡大する可能性がある。ロックスターが宇宙で歌ったり、億万長者が「宇宙ホテル」に滞在するために、航空便の乗客は長時間の遅延を受け入れることに、あまり乗り気ではないだろう。また、航空会社は遅延や、特別利用空域を迂回するルート変更による燃料消費の増加で損失を被る。
宇宙輸送エクセレンスセンター
そこでアロンソ氏とFAAの宇宙輸送卓越センターの他の研究チームは、数字を計算し飛行をシミュレーションして近い将来の宇宙と空の交通量を予測し、国の空域を最も公平に分割する方法を決定することに全力で取り組んでいる。宇宙交通管制にとっては絶好のタイミングだ。というのも、FAAは現在、地上ベースのレーダーベースの航空交通管制システムからNextGenと呼ばれる衛星ベースのシステムへ400億ドルをかけて移行している最中だからだ。飛行機のGPSユニットは、レーダーのように数秒に一度ではなく、1秒に一度航空交通管制を更新する。そして、ロケットが爆発して燃える破片の雲が発生するなどの危機的状況が発生した場合、NextGenを使用する航空交通管制官は、無線で口頭で指示を与えるのではなく、電子的な経路変更情報を飛行機の飛行管理プログラムに直接送ることができる。
「FAAはこの件に非常に積極的に取り組んできました」とアロンソ氏は言う。「問題になる前に何か対策を講じてくれて本当に助かります。」
アロンソ氏とその同僚は、FACETと呼ばれるNASAの特別な空域シミュレーションツールにアクセスできる。
「これにより、航空管制システムの 1 日を振り返ることができます」とアロンソ氏は言います。
そこでアロンソ氏は、気象変動、航空交通、そして宇宙打ち上げの頻度を考慮し、数万回のシミュレーションを実行してきました。彼は、月にたった1回の打ち上げから、ニューメキシコ州、カリフォルニア州、フロリダ州、コロラド州といった様々な場所から週に6回もの軌道上打ち上げが行われる場合まで、様々な飛行分布をモデル化しています。実際、FAA（連邦航空局）はすでに全米8か所を宇宙港として認可しており、さらに申請を審査中です。これらの宇宙港候補地のすべてが生き残るわけではありませんが、未来を予測するために、アロンソ氏はそれぞれの場所のデータを作成する必要があります。
4Dコンパクト封筒
彼の目標は、宇宙船のための空域をコンパクトに切り開くことだ。その空域は、打ち上げ、再突入、そしてあらゆる緊急事態に安全に対処できるほど広大でありながら、飛行機への影響が最小限に抑えられるよう小さい。彼は、このようにしてできた空間を「4次元コンパクト エンベロープ」と呼んでいる。打ち上げ中ずっと3次元の空間を考慮に入れているからだ。緑色の幾何学的形状は、飛行機がロケットやその残骸に衝突するリスクが許容範囲を超える空域の部分を表している（FAAはこのリスク閾値をまだ決めていないが、アロンソ氏は仮説として100万分の1を挙げており、モデルを微調整することでリスクを増減できる）。そして、この写真は静的だが、4次元コンパクト エンベロープは動的だ。ロケットが軌道に沿って進むにつれ、飛行の初期段階では除外されていた空域が再び飛行機用に解放される。
弾道飛行は時速2,300マイル（約3,700キロメートル）の速度に達し、地表から約62マイル（約100キロメートル）の高度で宇宙空間に突入し、その後滑空して降下します。空域制限を実際の打ち上げ時間帯に合わせて調整することは、航空宇宙交通システムをより動的にするというアロンソ氏の目標の一部です。動的に空間を遮断することは、宇宙船が緊急着陸した場合や、最悪の場合、壊滅的な爆発に見舞われた場合にも対応できます。緊急着陸や爆発が発生した場合、ミッションコントロールは即座により広い空間を遮断することができます。
「飛行機がいるかもしれないエリアに破片が落下するのに20分かかるのであれば、飛行機のルートを変更して対処できる」とアロンソ氏は言う。
アロンソ氏はまた、軌道飛行における極めて短い打ち上げ時間枠を、システムをより動的にするために考慮に入れたいと考えている。例えば、スペースシャトルが国際宇宙ステーションに向かう際には、打ち上げ機会はわずか10～15分しかなかった。遅延により乗組員が打ち上げ時間を逃した場合、飛行は延期せざるを得なくなる。
「打ち上げのタイミングを逃したら、宇宙ステーションは既にヨーロッパ上空に到達していて、搭載している燃料では追いつくことは不可能です」とアロンソ氏は言う。「打ち上げのタイミングがそんなに短いなら、なぜ打ち上げの1～2時間前と1～2時間後の空域を予約する必要があるのでしょうか？」
アロンソ氏は、システムにダイナミズムを導入し、爆発が発生した場合にのみ広い空域を制限すれば、旅客機と宇宙船の間の敵対的な衝突を防ぐことができると楽観視している。
「道路に車が増え続けると、ある時点でインフラは飽和状態になります」とアロンソ氏は言う。「しかし、これまでの推計では、この衝突は比較的効果的に管理できると考えています。」
軌道上と軌道外
航空管制官には調整する時間があるだろう。商業軌道飛行は、地球を周回するために約17,000mphの速度に達する必要があるが、毎日、あるいは毎月行われるようになるにはまだまだ時間がかかる。まとまった数の商業飛行が最初に行われるのは、「弾道飛行」であり、ヴァージン・ギャラクティックが2014年に提供開始を予定しているようなものだ。これらの弾道飛行は「わずか」時速2,300mphに達し、地表から約62マイル（約99キロメートル）の高度で宇宙空間に突入し、数分後に大きな円を描いて再び滑空する。
アロンソ氏は、これらの宇宙船の航空交通に関する懸念ははるかに単純だと考えている。国際宇宙ステーション（ISS）や特定の軌道へのランデブーを目的としないため、打ち上げの時間帯が厳しくない。つまり、天候や技術的な問題によって遅延しても、飛行を中止する必要はない。また、弾道飛行は目的地のある飛行ではなく、あくまでも遊びであるため、パイロットが西、北、東のいずれに向かうかという柔軟性もある。最後に、これまでのところ、宇宙港は辺鄙な場所にある。ヴァージン・ギャラクティックが打ち上げるニューメキシコ州のスペースポート・アメリカは、ホワイトサンズ・ミサイル実験場のすぐ近くにあることもあり、人里離れている。これらの飛行が航空機の運行に大きな支障をきたすことはない。
「しかし、彼らはデンバー国際空港から数マイル離れたところに宇宙港を建設する話が出ている。それはまた別の話かもしれない」とアロンソ氏は言う。
