[비즈한국] 最近、人類の月探査の歴史において、再び胸躍る光景が繰り広げられた。非常に久しぶりに人間を乗せた宇宙船が月を越えて飛行し、無事に地球へと帰還したのだ。半世紀もの間沈黙していた有人月探査の新しい時代が本格的に幕を開けたといえる。しかし、今回のアルテミス2号ミッションの成功の裏には、依然として科学者やエンジニアを不安にさせる重要な課題が残されている。月へ再び行くことは間違いなく人類の偉大な挑戦だが、その挑戦は単に過去のアポロの栄光を繰り返すものではない。アルテミスはアポロよりもはるかに複雑で、巨大で、危険な宿題を我々に突きつけている。
アポロミッションとアルテミスミッションの最大の違いは、月にどれだけ長く滞在するかにある。アポロは月へ到達して1日から3日ほど滞在する、比較的短い探査だった。宇宙飛行士は月面に着陸して岩石を採取し、旗を立て、足跡を残して地球へと戻った。もちろんそれだけでも人類史上前例のない偉業だったが、任務の性格だけを見れば、アポロは「訪問」に近かった。
対してアルテミスは、当初から月に長期間滞在できるシステムを念頭に置いて出発した。アルテミスの目標は、月へ短時間行ってくることではなく、月で持続的に生活し活動できる基盤を整えることにある。NASAが公式に掲げる長期的な「lunar presence（月面滞在）」、すなわち人間が月で持続可能に存在する状態こそが、この計画の核心である。
この壮大な構想において、かつて最も重要な軸と考えられていたのがルナ・ゲートウェイ（Lunar Gateway）だった。ルナ・ゲートウェイは月周回軌道上にある小さな宇宙ステーションである。月の周りを回りながら、地球と月面、さらには深宇宙を繋ぐ中間拠点にするという野心的な計画だ。当初の計画によれば、ゲートウェイは「near-rectilinear halo orbit（NRHO）」と呼ばれる非常に特異な軌道に沿って月を回る予定だった。この軌道において、ゲートウェイは月に最も接近する時は月面から約1500kmまで近づき、最も遠ざかる時は約7万kmまで離れる。およそ1週間の周期で細長く歪んだ楕円形のハロー軌道を回る方式だ。
このような奇妙な軌道を選択した理由には明確なものがある。まず、最近の月探査で最も注目される月の南極地域に接近しやすい。また、月を回っている間も地球との視界が完全に遮られないため、安定した通信を維持できる。月と地球の重力を共に利用できるため、長期的に軌道を維持するために必要な燃料も比較的少なくて済む。表面的には、NRHOは長期月探査のための非常に賢明な選択のように見える。
しかし、このような極端な楕円軌道には致命的な欠点もある。月面に着陸するたびにゲートウェイの軌道と月面の間を行き来するには、相当な軌道変更能力が必要となる。特に、ゲートウェイが月に最も接近する区間では速度も最も速い。この時、着陸船が月面から離陸してゲートウェイとランデブーし、ドッキングするには高度な技術が要求される。つまり、ゲートウェイは宇宙人を月周回軌道に長く滞在させるための賢明な方法であると同時に、月着陸自体の難易度を高める手法でもある。
結局、NASAは2026年3月のアルテミス2号打ち上げを前に、この計画を大幅に修正した。ゲートウェイ計画は事実上全面中止された。代わりに、月面に直接着陸して月面基地を建設する方向へと戦略が転換されたのだ。簡単に言えば、月の周りにステーションを建設して拠点にするのではなく、月面に再び足跡を残し、そのままインフラを整備するという考え方である。
こうすれば月を前哨基地として開拓する速度は高まるだろう。しかし、比較的安全な中間緩衝地帯は失われることになる。本来、ゲートウェイは物流ハブであり、安全な宿泊施設、そして宇宙船の整備所の役割を果たす予定だった。その段階を飛び越えて最初から月面に基地を建てる方式は、より過酷で危険な選択といえる。今後続くアルテミス後続ミッションにおいて、このような大幅な計画変更が最大のリスクとなる可能性もある。
では、なぜ人類は赤道や他の地域ではなく、わざわざ月の南極を目指すのか。そこに月で最も魅力的な「金のなる木」があるからだ。
月南極付近には永久影領域、つまり数十億年の間、日光がほとんど当たらない場所がある。こうした場所は彗星や小惑星が残した揮発性物質、特に水の氷を長期間保持できる。NASAは最近、LRO（月周回衛星）のデータ分析などを通じて、こうした場所に氷が予想以上に広く分布している可能性を確認した。もしこの氷を溶かして水にできれば、宇宙飛行士が飲む水として利用できる。また、水を分解してロケット燃料となる水素と、酸化剤となる酸素を得ることも可能だ。水は放射線遮蔽材としても活用できる。月の南極のシャクルトン・クレーターやエイトケン盆地周辺が大きく注目される理由はここにある。
しかし、まさにその点が別の問題を引き起こす。氷があるということは、それだけ日光がないということだ。水はあっても太陽光発電には非常に不利な環境である。そのためNASAは最近、月面基地構想と共に、月面の電力インフラ、事実上の原子力発電所建設まで含めた大胆な計画を検討している。月に腰を据えて暮らすということは、単に着陸船を一度送るという意味ではない。発電所、倉庫、通信施設、修理スペースまで全てを備えた一つの生活圏を築くという意味だ。
この点で、アルテミスミッションはアポロとは次元が異なる巨大計画となる。宇宙飛行士を数人送るプロジェクトではない。アルテミスは事実上、月への移住に近い。アポロのように人間数名と装備少々、そして弁当をいくつか積んで行って帰ってくるような方法では不可能だ。何度も荷物を運び、インフラを先に整備し、電力を拡充し、月面での作業環境を整えてこそ、長期滞在が可能となる。
そこでNASAは最近、多様な民間企業との連携をさらに強化している。問題は、民間企業の着陸船が、やりすぎと思えるほど巨大で大胆に見える点だ。スペースX（SpaceX）の「スターシップ」ベースの月着陸船は、超大型宇宙船をほぼそのまま月に立てるというコンセプトである。ブルーオリジンとノースロップ・グラマンが提案する着陸船も、高さが10mに達する大型構造物だ。特にスペースXが構想する巨大月着陸船は高さが数十メートルにも達し、宇宙飛行士が頂上と底の間をエレベーターで昇降する方式まで提案している。もちろん、月の重力は地球よりはるかに弱いが、それでもこれほど高い着陸船から人間や装備が乗り降りすることには、依然として安全面での現実的な障壁がある。
もしかすると、将来の月面ではトヨタやゼネラルモーターズのような企業が作った月面車が走り回るようになるかもしれない。月面基地に数多くの企業ロゴが貼られる、いわゆる「宇宙大広告時代」が到来する可能性もある。人類の月帰還は国家主導の科学探査でありながら、同時に民間企業の技術と資本にますます深く依存するプロジェクトになりつつある。これが効率的な選択なのか、それとも過度に危険な依存なのかは、より慎重に見極める必要がある。
もう一つの重要な宿題は帰還だ。人を送り、基地を築き、生活させることも難しいが、任務を終えた宇宙人を無事に地球へ戻す技術も不可欠である。地球に戻る過程は依然として非常に危険だ。アルテミスミッションの「オリオン」カプセルは、地球に帰還する際、大気圏上層にマッハ35に近い速度で突入する。大気圏と接触する瞬間、乗組員は最大約3.9gの重力加速度を受ける。数千度に達するプラズマがカプセルを包み込み、約6分間は通信が途絶する。
宇宙船が大気とぶつかって減速する際、宇宙船の膨大な運動エネルギーは衝撃波と圧縮加熱を経て熱エネルギーに変換される。大気圏再突入を単なる空気との摩擦と考えることが多いが、実際にはそれよりもはるかに複雑だ。宇宙船前方の空気が猛烈な速度で圧縮され、周辺がプラズマ状態になる。まさにこのために、再突入カプセルには極限の熱に耐える耐熱シールドが必要となる。
ところが、オリオンカプセルの耐熱シールド技術には依然として悩みと限界がある。オリオンの耐熱シールドは、単に熱を防ぐ断熱板ではない。むしろ正反対に近い。耐熱シールドは一部が燃えて分解されることで自らを犠牲にし、宇宙船を守る防壁である。オリオンと過去のアポロミッションは「アブコート（Avcoat）」という素材を使用した。この素材が強く加熱されると内部で化学的分解が起こり、多量のガスが放出される。ガスが表面へと噴き出すことで一種の保護膜を作り、外側に残った炭化層は追加の熱がカプセル内部に侵入するのを防ぐ。つまり、オリオンの耐熱シールドはただ熱に耐える装置ではなく、自らを燃やし尽くすことで、より多くの熱が内部へ侵入するのを防ぐ構造なのだ。
前回のアルテミス1号ミッションの際、まさにこの耐熱方式で致命的な問題が露呈した。アルテミス1号はいわゆる「スキップエントリー（skip entry）」方式を採用した。大気圏上層へそのまま深く入るのではなく、まず大気圏をかすめるように進入し、水切り（石投げ）のように一度軽く跳ね返った後、最後に再突入する方式である。この方法は、最終的にカプセルが海のどの地点に落下するかを精密に調整するのに有利だ。しかし問題は、その中間区間で発生した。
耐熱シールドは最初の進入時にすでに非常に高温になっていた。内部からはガスが放出され続けていた。ところが、カプセルが再び大気圏の外側へ出たことで、耐熱シールド表面の炭化層が十分に熱を逃がせないまま、内部のガス圧だけが蓄積される状況が発生した。結局、内部圧力が上がり続け、その圧力が耐熱シールドの弱い部分を押し出したことで、いたるところに亀裂や剥離現象が見られたのだ。一言で言えば、熱すぎたというよりは、中途半端に熱い区間を通過する過程で内部のガスが抜ける条件が正しく形成されなかったことが原因であった。
そこでアルテミス2号は少し異なる軌道をたどって再突入を試みた。アルテミス2号が選択したのは「ロフテッド・リエントリー（lofting reentry）」と呼ばれる方式だ。スキップエントリーよりも直接的で単純な方式である。核心は、耐熱シールド内部にガス圧が蓄積される時間を最小限に抑えることにある。途中で大気圏の外側へ軽く跳ね返る時間を減らすことで、耐熱シールド内部の圧力が危険なレベルまで蓄積される状況を避けようとするものだ。このような方式変更のおかげで、アルテミス2号では耐熱シールドがより安定して耐えることができた。
NASAは究極的に、アルテミス帰還カプセルさえも再利用することを望んでいる。コストを削減し、より頻繁に、より安全に月と往復するためだ。しかし、宇宙船を再利用するには、耐熱シールドの耐久性と安全性が今よりもはるかに進化しなければならない。耐熱シールドの生産品質をどれだけ均一に維持できるか、実際の再突入後にどれだけ安定して再使用できるかは、依然として残された重要な宿題である。
帰還カプセルは宇宙船であると同時に、ボートでもなければならない。宇宙空間では宇宙船であり、地球の大気圏を高速で通過する時は飛行体であり、最後に海にスプラッシュダウン（着水）する時は船でなければならない。アポロ時代にNASAは、実際にメキシコ湾で宇宙飛行士をカプセルに乗せたまま2日間海に浮かべる実験も行った。救助が遅れる場合に備え、カプセルは最大2日間、乗組員を乗せたまま海を漂流しなければならない可能性があるからだ。時にはカプセルが転覆することもある。その場合はエアバッグを膨らませて立て直さなければならない。波打つ海の上でハッチが正しく開く必要があり、乗組員は船酔いや暑さの中でも安全に耐えられなければならない。
アルテミスミッションは、人間が遠からず再び月を訪れ、さらには月に腰を据えて暮らす未来を見せてくれる。しかし同時に、我々がまだ何を解決すべきか、何をより慎重に悩まなければならないかも明らかにしている。日光さえ届かない月の南極で、安定的に電力を受給できるだろうか。中間拠点になるはずだったルナ・ゲートウェイの空白はどのように埋めればよいか。過度に民間企業に依存する戦略は、果たして正しい選択か。より多くの乗組員をより頻繁に月に送るようになれば、帰還カプセルと着陸船は十分に耐えられるだろうか。地球に戻る瞬間、あの熱い圧縮とプラズマの地獄を人間がどれだけ安全に通過できるだろうか。
これらの質問は決して些細なことではない。月へ戻る道は人類の輝かしい未来への道であるが、同時に技術と安全、コストと戦略がすべて絡み合った冷徹な現実の道でもある。今後、我々の月へのアプローチはどう変わるのか。月で暮らす宇宙人たちの生活はどれほど豊かになるのか。アルテミスミッションの運命は、単なる宇宙探査の成否を超え、人類がいかにして宇宙に定着するかを測る重要な試験台となっている。
筆者チ・ウンベは？ 猫と宇宙を愛する。幼い頃『銀河鉄道999』を見て、宇宙の美しさを伝えたいという夢を持った。現在は世宗大学校自由専攻学部助教授として、講演や執筆など多様な科学コミュニケーション活動を行っている。『毎日宇宙のひとかけら』、『星が輝く宇宙の科学者たち』、『行けないがわかる』、『宇宙を見ると浮かぶ変な質問たち』などの著書があり、『本当の宇宙を旅するヒッチハイカーのためのガイド』、『私はなぜ冥王星を殺したか』、『クォンタム・ライフ』、『コスミグラフィック』などを翻訳した。