人類は火星に到着したら何を着るのでしょうか？

人類は、太陽系の「生命居住可能領域」に位置する「地球に似た惑星」である火星に対して、古くから好奇心と親しみを抱いてきた。近年、火星への移民の波が起こっています。しかし、移住する前に、非常に過酷な環境にあるこの「地球のような惑星」で自由に移動したい場合、人間は何を着る必要があるのか​​という問題を考えなければなりません。それは、宇宙飛行士が地球周回軌道上の宇宙船から出るときに着用する船外活動用スーツと同じものですか?

火星の環境

火星は太陽系の中で探査対象として最も人気のある惑星であり、SF作品では惑星移住の候補としても取り上げられています。火星は地球の夜空で最も観測しやすい地球型惑星です。地球に最も近いときの見かけの等級は -2.94 です (注: 見かけの等級は、観測者が肉眼で見た星の明るさを指す天文学用語です。見かけの等級の等級は負になることもあります。値が小さいほど明るさは高く、逆もまた同様です)。

▲地球と火星の本当の比率

（出典：ウィキメディア）

火星の質量は地球の 11%、体積は地球の 15%、表面重力は地球の 38% です。 40億年前に磁気圏の保護を失いました。数億年にわたる太陽風との相互作用により、すでに地球よりも容易に逃げることができたその大気は、かなり薄くなってしまった。表面の大気圧は地球のわずか0.6%で、アームストロング限界（水の沸点が人体の温度に等しい大気圧の6.18%）をはるかに下回っています。もし人類が加圧対策を講じずに火星にいたとしたら、涙、唾液、血液を含むすべての体液はごく短時間で沸騰して蒸発し、脱水症状により肺は酸素を交換できなくなるだろう。

もちろん、火星の大気には基本的に酸素が存在しないので、酸素交換についてあまり心配する必要はありません。火星の大気は、二酸化炭素が約96%、アルゴンが約1.93%、窒素が約1.89%で、微量の酸素分子と水分子が含まれています。乾燥した火星の空気は塵で満たされており、その中には直径2.5マイクロメートルを超える粒子（PM2.5）が多数含まれています。火星の大気の成分は、藍藻類が大量発生する前の23億年前の原始的な地球の大気を思い起こさせるが、有名な砂嵐は華北平原の人々を21世紀に連れ戻すことになる。

大気圏と水圏が存在せず、太陽から遠いため、火星の平均気温はわずか -46 °C (-51 °F) です。冬には、極地の気温は -143 °C (-225.4 °F) まで下がりますが、夏の正午の赤道の気温は 35 °C (95 °F) に達することがあります。

▲朱容と着陸船の写真

（出典：中国惑星探査）

大気や地球全体の磁場による保護がないため、火星の表面の大部分は太陽風に直接さらされています。太陽が穏やかなとき、地表の放射線レベルは年間約 244.5 mSv です。太陽活動が活発になると、放射線量も増加します。地球上では、この値は約6.2 mSvです。多国間医療行動パネル（MMOP）が策定した宇宙飛行士の被ばく基準によれば、防護措置を講じた場合の年間限度は500 mSv、生涯限度は1000 mSvです。

1分生き延びろ

地球では宇宙服がなくても80年くらいは生きられますが、火星ではまず最初の1分をどうやって生き延びるかを考える必要があります。最初の 1 分間は、快適さ、耐久性、動きやすさ、仕事のコミュニケーション、代謝などについて考える必要はなく、呼吸について考えずに息を止めることさえできますが、それでも、外部環境から自分自身を隔離し、体に十分な圧力をかけるという問題を考慮する必要があります。

最も初期の人間用宇宙服は航空用圧力服に由来しています。内層は気密層であり、作業条件下でスーツの気密性と圧力を維持でき、高強度、弾力性、密閉性に優れた材料が必要です。外層は制限層であり、酸素供給と加圧状態において宇宙服の残留圧力を支え、宇宙服の人体形状を維持するため、高強度の非弾性材料が必要となる。現在、気密層にはポリウレタンコーティングされたナイロンが一般的に使用され、拘束層にはポリエステルが一般的に使用されています。

1時間生き残る

最初の 1 分間を生き延びた後は、呼吸、放熱、温度など、人間の代謝に関連する問題だけでなく、過酷な環境で自分の安全を守る方法も考慮する必要があります。このとき、宇宙服の内側には放熱層、外側には圧力層に加えて断熱・保護層、さらに環境制御システムや生命維持システムを構築する必要があります。

加圧服の内側は人体の皮膚系に直接接触するため、ポンプで駆動する水冷プラスチックチューブシステムを備えたナイロン下着を通じて熱と湿気を放散させることができます（液冷換気服）。

圧力服の外側は外部環境に面しているため、外側にはネオプレンコーティングされたナイロンとアルミニウムコーティングされたPETフィルムを使用した混合生地を使用して、船外宇宙服の熱保護層を形成します。さらに、火星の砂嵐や太陽嵐から身を守るためでもあります。一般的には、耐熱性、耐摩耗性、防水性、難燃性に優れたアラミドやテフロンなどの素材を使用して、熱保護層の外側の最外層の装甲を形成します。

▲開発中のZ-2宇宙服生命維持システム

（出典：ウィキメディア）

現時点では、生命維持システムや環境制御システムを衣服に組み込むことはできません。酸素供給、循環換気、宇宙服の内圧調整、廃水や排気ガスのろ過、宇宙飛行士の身体指標の監視など、さまざまな機器を統合した大型のバックパックを背負って運ぶことができます。

仕事、勉強、生活ができる

生き延びることができたら、仕事や生活の長期的なニーズを満たすこと、携帯性、耐久性、快適性、さらには火星探査車などの工学的実現可能性機器との連携方法などの指標を考慮する必要があります。

▲中国の宇宙服

（出典：新華社通信）

火星の重力は地球の38％なので、火星用の宇宙服は重すぎてはならず、関節には動きを補助する装置がなければなりません。火星では微小重力空間よりも柔軟な動きが必要になります。同時に、耐久性の面では、火星の表面には原子状酸素などの深刻な化学的腐食はないものの、太陽嵐の可能性や塵の環境での長期にわたる低圧暴露が深刻な問題となっている。 2020年7月30日19時50分に打ち上げられたNASAの火星探査車「パーサヴィアランス」は、火星環境での実地試験用に船外宇宙服の外層用素材5種類を搭載していた。

最後に、人類が火星で着用するものは、実際には火星用スーツをゼロから開発するというアイデアですが、実際の研究開発では、既存の技術の蓄積、技術の慣性、さらにはお金に影響を受けることが多いことを皆さんに思い出していただく必要があります。

現在、火星に着陸できた国はありませんが、各国の有人深宇宙探査ミッション計画の実現により、宇宙大国の火星宇宙服が次々と利用可能になり、今後、火星で人間が何を着るかは問題ではなくなると思います。

参考文献:

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科学評論：中国の宇宙科学大使、国際宇宙連盟宇宙輸送委員会副委員長の楊雨光氏