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北村はじめの『ちょっと立ち読み』


2014年は「国際農家年」

人類は火星有人飛行 (2030年代)へ着々

22/01/2015

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はじめに

人間の宇宙探査の歴史の中で、一九六九年の人類史上初の月面着陸は素晴らしい偉業だった。だが、その陰に隠れて、太陽の影響圏を脱し、昨年、史上初めて星間空間を旅する人工物となった宇宙探査機ボイジャー一号の活躍は、決して見落としてはならない。一九七七年に打ち上げられて以来三十六年。木星や土星を観測し、木星の衛星イオに地球外初の火山活動も発見した。ボイジャー一号は今、地球から光速でも十七時間以上というかなたを飛行中だ。宇宙のすべてを分かりたいという、私たち人間本能の知的欲求を駆り立ててくれたボイジャー一号を誕生させた科学者に、限りない賛辞を贈りたい。 そして、今、人類は、火星への有人飛行を目指して、着々と準備を進めている。今回の特集は、それにほんの少し迫ってみよう。

 

 

 

火星とは

天体望遠鏡で見ると、赤く見える火星。それは、表面に地球のような水の海がなく、地表に酸化鉄(赤さび)が大量に含まれているためである。その大昔、水があった時代なら赤色の他に、海の青色も見えたはずだ。

火星は地球の外側を周っているお隣の惑星だ。地球は約三百六十五日で太陽のまわりを周るが、火星はゆっくりとその一•八八倍(約六百八十七日)ほどかけて一周する。火星は、ほぼ二年二ヵ月ごとに地球に接近してくる身近な惑星だ。なぜ、二年二ヵ月なのか。軌道上で地球は約七百八十日ごとに火星に追いついて並ぶことになる。だから地球から見ると二年二ヵ月毎に火星は接近してくる。

今年の最接近は四月十四日の約九千二百万キロ。しかし、四年後の二〇一八年七月三十一日には、五千八百万キロまで近くなるのだ。

公転軌道が円に近い地球と、相当の楕円軌道を描く火星。両者が軌道の距離が狭い所で並ぶ「大接近」は、十五年ないし十七年ごとに起こる。

大昔から、火星の大接近が人々を引き付けてきた最大の理由は、火星そのものが大きく見えることにある。地球と火星が太陽をはさんでもっとも離れるとき(「合(ごう)」という)、その距離は四億キロにもなる。しかし、太陽・地球・火星が並ぶ大接近のとき(「衝(しょう)」という)には、その距離は五千五百万キロにまで縮まる。

 

平均距離…八千万キロ
大接近時…五千五百万キロ

 

その「大接近時」では人間が時速五キロで歩き続けると仮定すれば、一千万時間―千年以上かかる計算だ。車を時速二百キロで走行させると、三十年弱で火星へ。これが音速のマッハ1の飛行機だと五年―これらの計算はすべてお伽噺でしかない。
ロケットでは? ロケットが地球の重力圏を脱出するのに必要な速度は毎秒十一・二キロ―これよりも少し早い速度で宇宙に飛び出すことができれば、火星までは約六ヵ月~八ヵ月で到着。表でまとめてみよう。

惑星探査機の飛行は、出発時に所定の速度を得るためにロケットエンジンを使っている。それ以後はロケットエンジンを使用しない慣性飛行になる。その様に最初にロケット燃料を使い切る飛行をするのは、できるだけ速い時期に最大速度・最高エネルギー値に到達した方が飛行時間を短縮できるからである。

 

 

 

火星行き探査機ただいま二基飛行中

インドの「マンガルヤン」

インド宇宙研究機構(ISRO)は二〇一三年十一月五日、南東部アンドラプラデシュ州のチェンナイ近郊にあるサティシュ・ダワン宇宙センターから、インド初の火星無人探査機「マンガルヤン」(火星の車の意)を載せたロケットの打ち上げに成功した。これで、インドは、日米欧中ロに続く第六極の宇宙大国入りを果たした。

さらに、重さ約一・三トンの「マンガルヤン」を載せたロケットの発射予算は約四十五億ルピー(約七十二億円)で、同規模のプロジェクトとしては格段に低コストで、技術革新能力をアピールした。
「マンガルヤン」の火星周回軌道到着は今年九月二十四日の予定だ。地形や土壌、大気などを調べ、火星から水がなくなった経緯やメタンガスの分布調査、二つの衛星の探査などを実施する。(出典:共同通信)

インド初の火星無人探査機「マンガルヤーン」

 

 

NASAの「メイブン」

二〇一三年十一月十八日午後(アメリカ東部時間)、重さ約二・五トンの火星探査機「メイブン」を搭載したアトラスVロケットが、アメリカ・フロリダ州ケープ・カナベラル空軍基地から打ち上げられ、無事成功した。
「メイブン」は、今年九月二十二日に火星周回軌道に投入される見込みだ。火星上空で、太古の火星では今より豊富だったとされる大気や水がいつどのように失われたかなどについて調査をする。

NASAの火星探査機「メイブン」

 

 

 

ハワイ島マウナケア火山で準備合宿

ハワイ島にある三つの世界的に有名な火山のひとつ、第二峰で世界最大の活火山マウナロア山(四千百七十メートル)。日帰りで登頂でき、かつ、月とも火星とも例えられるような壮大無比な風景が展開する。その標高二千四百メートルの中腹で、昨年四月から八月まで、合宿が行われた。
二〇三〇年代に予定されているNASAの有人火星飛行への準備の一環で、宇宙飛行士候補の男女三人ずつが窓の少ない小型ドームの中で百二十日間の合宿をした。
今回の研究は、火星までの片道八ヵ月ほどの宇宙飛行を想定したもので、例えば、小部屋での寝泊まり、シャワー使用時間は一週間でたったの八分。食事は冷凍乾燥食品、缶詰、保存食である。外出する場合は、ドームの機密式の出入口から出入りし、全身の宇宙服を着用するなど、本番に備えた実践演習だ。前回のヨーロッパの合宿では、通話は相手の返事が戻ってくるまで四十分まで時差を付けた。

 

 

 

“マウナロア火山合宿”の食事事情

そこでこの宇宙ミッションに参加した人の話を聞いてみよう。

 

「火星など将来の宇宙ミッションに不可欠な食材は、①スパイス、②ハーブと③ホット・ソースではないでしょうか。
例えば①ヌテラ(註:イタリア語の商品名で、イタリアのフェレロ社の登録商標):ヘーゼルナッツペーストをベースに砂糖、ココア、脱脂粉乳、香料、乳化剤などの材料を混ぜ合わせた、チョコレート風味の甘いスプレッド。②ピーナッツバター、③マーガリンもシンプルで、幸福感を与える食材です。

それから食物繊維を多く含む食品。常温保存可能食品に関しては、それらが通常高度に加工されていて、繊維が不足しているという問題があります」。

「パックされた食品を長期間食べることに「飽き」はありません。食材の選択肢がたくさんありましたから。というのは、火星に行く宇宙飛行士には自由な選択肢があるからです。我々がここにいるのは、何が役にたつのか、何がだめなのかを、実験し、答えを見つけるためです。答えが明らかになれば、食料品置場の食品は特定の選択へと淘汰していきます。結果として、常温保存可能食品の内容にはかなり変化が起きました。一部の調理済み食品には、非常に早く飽きがきました。カンフーチキンです」。

「一般に、乾燥したフリーズドライ野菜は、素晴らしい食材です。これらは、ほとんど毎日毎食使われます」。

 

飛行士の食料は、国際宇宙ステーション(ISS)では一年半ほどが消費期限。滅菌の強化などでこれを延ばし、長期の飛行に耐えるようにする。船内での野菜栽培や、動物性タンパク質を摂取するための食用カイコの養殖なども考えられている。

 

 

 

火星有人飛行の何が問題か?

地球と火星の間の距離は、アポロで経験した月までの約三十八万キロをはるかにしのいで、百四十四倍の距離になる。食事以外の問題を探ってみよう。

 

問題一帰りの燃料

帰還に必要な燃料をどうやって運搬または生産するか。ひとつの解決方法としては、火星行きの宇宙船には原子力エンジンを搭載する。原子力エンジンは持続的な推進力が得られるため、航行時間を三ヵ月ほど短縮でき、宇宙放射線のリスクを減らすこともできる。火星有人探査では、火星の大気中の二酸化炭素を帰りのロケット燃料に使うことも提案されている。

 

問題二運搬能力

火星に住環境を作るために必要と試算されている三十~四十トンの物資をどうやって運ぶかが最大の課題だ。一昨年八月、火星着陸に成功した探査車「キュリオシティー」でも、総重量は一トンにすぎない。NASAでは現在、遠距離宇宙探査のための大出力ロケット「SLS(Space Launch System)」とカプセル型有人宇宙船「オリオン(Orion)」の開発を進めている。SLSは上段エンジンを日米で共同開発する構想もある。

 

問題三放射線リスク

長期の宇宙旅行が人体に及ぼす悪影響、特に宇宙放射線に関しては、まだ十分に解明されていない。放射線源は大きくわけて三つある。太陽、銀河、放射線帯(ヴァン・アレン帯)だ。 最大の懸案は発癌リスクを高める宇宙放射線だ。火星飛行では地球を取り囲む磁気圏を飛び出すため、エネルギーが強い銀河宇宙線を大量に浴び続ける。次世代の宇宙船の壁でも十分に遮蔽できない。NASAは一昨年五月、火星探査車「キュリオシティー」の測定から、飛行士が浴びる放射線量は許容量を超える可能性があることを明らかにした。

古川飛行士は、かつて「ISSの被爆線量は地球よりも数百倍高い」と、ツイッターに書いた。二〇〇八年に宇宙飛行した土井飛行士の話として、「眠る前、目をつぶると目の中の色々な場所に光が見えた。放射線だと思う。白かったり色がついていたり。軌跡が見えることもあった。十~十五分に一回ぐらいかな」と教えてくれた」とも書いている。

ISSでは、一年間の予測で五百ミリ・シーベルトを越える恐れのある場合には緊急帰還させることになっているが、これまで帰還した飛行士はいない。宇宙飛行士の発癌リスクは増加するが、過去長期間にわたり宇宙滞在した米ロ宇宙飛行士でも発癌した例は報告されていないという。

だが、宇宙飛行士の訓練を行っているジョンソン宇宙センターでNASAの宇宙生物学・身体科学計画の責任者(スティーブン・デービソン氏)は「宇宙放射線への被爆の問題が、人体へのリスクであるのは確かだ。乗組員の癌リスクと中枢神経系への影響をさらに詳細に理解する必要がある」という。

探査車「キュリオシティー」

 

問題四身体的影響

スティーブン・デービソン氏は、「国際宇宙ステーションISSの乗組員の半数以上が、ある程度の視力の変化や頭蓋内圧の増大を経験している」とも述べている。

無重力で長期間を過ごすと筋力が低下し、骨粗鬆(こつそしょう)症になるため、運動などの対策が欠かせない。ISSの長期滞在は半年が基本だが、火星飛行を視野に今年にはアメリカ・ロシアの飛行士が一年に挑み、体調の変化を調べる。月や火星への着陸を模擬するため、ISSから帰還した飛行士を休ませず、地上の重力環境でさらに仕事をさせて対策を探る研究も検討されている。

 

問題五宇宙飛行士の精神衛生

放射線、生理的変化に次ぐ三つ目の主な課題は、窮屈な空間に閉じ込められ、隔絶されて長期間を過ごす宇宙飛行士の心理面の問題だ。

閉じ込められた飛行中の片道八ヵ月間に、人間心理に何が起きるのか、人間の退屈さという分野の研究は、ここ数年端緒についたばかり。人類最大の宇宙ミッションが、宇宙飛行士の心のぶれによってミステークを起こしたら、破滅的な結果となる。宇宙飛行士の退屈さを克服する効果的方法のひとつは、多忙にすることだと言われている。 昨年の〝ハワイ合宿〟では、全員が多忙を経験した。退屈とか無気力を感じさせる時間のないほど、スケジュールはみっちり組まれていた。

多くの生物は、感覚的刺激を絶えず求めている。感覚的刺激を奪われた動物は、行動が反復し、有害なパターンに陥る恐れがある。動物園で、狂気なまでの速度で走る虎とか、金属の檻をかじる熊とか、禿げてしまった鳥を見たことがあるだろう。 地球から五千五百万キロも離れた超遠距離を飛行中に、飛行士が安全手順を忘れたらどうなるか。退屈した人々は危険を冒し、潜在意識で刺激を探し求める傾向があるという。
デービソン氏によると、火星旅行が人体に及ぼす影響に関する事前の調査・研究を科学者らが完了するのには、「最低でも」十年を要するという。

 

 

 

火星への旅NASAの新たな工程表

アメリカは、オバマ大統領が二〇一〇年、火星周回軌道に人類を送り込む計画を発表したこともあって、二〇三〇年代に実現を目指す火星旅行への動きが加速している。欧州宇宙機関(ESA)とオリオンの共同開発で合意(二〇一三年一月)。将来、火星を目指す飛行士候補を八人まで絞った(二〇一三年六月)。そして、各国の宇宙機関と共同で新たな工程表を作成(二〇一三年八月)。工程表は国家間の正式合意ではないが、各宇宙機関はこれを念頭に研究を進める。

 

 

 

終わりに

今年一月初旬、日本、アメリカ、中国、ロシア、欧州などの主要国の閣僚級が、今後の宇宙探査の在り方を議論するため、ワシントンで開催した「国際宇宙探査フォーラム」で初めて、火星有人探査を国際協力の「長期目標」と位置付けることに合意した。

ここまで原稿を書いたところで、ある重大なニュースが飛び込んできた。 火星や小惑星への有人探査を実行するには、放射線やその他健康上のリスクから宇宙飛行士を守るための現行基準は変えず例外を認める必要があると、四月二日、米国医学研究所(IOM)の専門家から成る委員会がNASAに注意を促した。 NASAの依頼を受けて、委員会の報告書には、救出の可能性が極めて低い危険なミッションに飛行士を送るための倫理を判断する枠組みが明記されている。それによると、「長期間の探査で高まるリスクに対して唯一倫理的に許容可能なオプションは、既存の健康基準に例外を認めることだ」。
IOM報告書は、許容できない危険レベルを選択するような状況に宇宙飛行士を置かないようNASAに注意を促していると、委員会を率いたジョンズ・ホプキンス大学の生命倫理専門家ジェフリー・カーン氏は述べる。(出典:ナショナルジオグラフィック ニュース四月八日)

生命倫理の観点から、アメリカ医学研究所(IOM)が宇宙飛行士の生命尊重、健康維持に警告を発したと言える。

 

 

火星有人飛行への道のり

2014年 NASAの次世代宇宙船「オリオン」を無人で打ち上げ
2017年 全長百メートル 次世代大型ロケット「SLS」を無人で打ち上げ
初期の打ち上げ能力七十トンを目指し、宇宙船「オリオン」搭載
2021年 直径七~十メートルの小惑星を無人宇宙船で捕獲し月の軌道付近まで運び、有人宇宙船で到着した飛行士が探査する。月軌道付近まで移動させた小惑星を有人探査し、火星飛行の技術の精度尾あげる。
2030年代 飛行士四人が「オリオン」で火星周回軌道に入る。火星―地球間が最短五千五百万キロの時に向かうだろう。

 

 

参考文献:

William Sheehan, The Planet Mars: A History of Observation and Discovery, The University of Arizona Press, Tucson, 1996
火星のプリンセス(厚木 淳訳・東京創元社)
火星の驚異―赤い惑星の謎にせまる (小森長生 著・平凡社新書)
https://www.google.co.jp/search?q=Mars+Maunaloa+NASA&espv=210&es_sm=122&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=c_YcU9C7G8nJiAfE3oGgAQ&ved=0CFsQsAQ&biw=1160&bih=526
Manned Mock Mars Mission Wrapping up in Hawaii
by Leslie Mullen, Astrobiology Magazine | August 08, 2013 02:08pm ET
http://www.nasa.gov/exploration/systems/mpcv/#.Uvgdrvl_tbk

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