月への帰還、宇宙飛行士はさらなる困難に直面

最近、宇宙航空研究開発機構は、世界銀行出身の46歳のリスク管理専門家と28歳の外科医の2人の宇宙飛行士候補者を発表した。彼らは米国主導の「アルテミス計画」に参加し、日本人初の月面着陸の実現を目指す。以前、NASAは月の女神にちなんで名付けられた行動に呼応して、14人の女性を含む28人の宇宙飛行士をアルテミス計画に選出したことを発表した。では、宇宙飛行士の選抜と訓練の面で、新時代の有人月面着陸計画の何が特別なのでしょうか?宇宙飛行士は新たな課題を克服するためにどのような新しい技術を使用するでしょうか?

「月への帰還」は人間に焦点を当てている

1969年のアームストロングの「小さな一歩」は、人類の宇宙探査にとって「大きな一歩」となった。その後、「アポロ計画」により12人の宇宙飛行士が分割して月に送られました。 「アルテミス計画」の目標は単に「月を訪問する」ことだけではなく、その「野心」と複雑さは「前任者」をはるかに超えています。

この計画は、月周回軌道上に「ゲートウェイ」と呼ばれる宇宙ステーションを建設することであり、短期的には「月への再帰還」ミッションの基地として機能し、定期的に宇宙飛行士を月に送り、月の資源を開発することになる。長期的には、火星への有人着陸の前哨基地として機能し、適切な時期に先駆者を火星に送り込み、新たな住居の建設を試みることになるだろう。それに比べると、10年以上の紆余曲折を経て初飛行に成功したSLS大型ロケットとオリオン宇宙船は、計画全体の中では「前菜」に過ぎない。 「ゲートウェイ」の構築は「最初のメインコース」です。より複雑なシステムでは、宇宙飛行士のニーズと制約をより深く考慮する必要があります。

西側諸国が計画している月面宇宙ステーションのレンダリング

月面宇宙ステーションは米国、欧州、日本などが共同で建設する。本体は、電力・推進システム、居住・物流システム、国際居住モジュールなどのコアモジュールと、燃料補給モジュール、エアロックモジュールなどの機能モジュールで構成されています。オリオン宇宙船、「スターシップ」、貨物補給宇宙船と同時にドッキングできるようになる見込みです。完成後、この宇宙ステーションは「アルテミス計画」を実施するための主要拠点となる。オリオン宇宙船や日本のホワイトクレイン宇宙船などは、地球から宇宙ステーションへの人員と貨物の補給を担い、「スターシップ」は宇宙ステーションから月（長期的には火星も）へ人や物資を送る役割を担う。これは、地球と月の間の空間に半永久的な「ステーション」を設立することと同等であり、数か月に及ぶ複雑な月面ミッションを実行することが期待されています。

そのため、「ゲートウェイ」が複数の宇宙飛行士の長期滞在をサポートできるかどうかは、常に外部の注目を集めてきました。少し前、設計作業に参加した航空宇宙エンジニアの中には、「ゲートウェイ」の宇宙飛行士居住エリアが狭すぎて、宇宙飛行士が立ったり動き回ったりすることが困難で、キャビン内の空間の大半が機器の騒音や振動で満たされる可能性があり、宇宙飛行士の心身の健康に深刻な影響を与えるだろうと指摘した者もいた。疑問を払拭するため、プロジェクトチームは、2024年に予定通りゲートウェイの最初のモジュールを打ち上げることができるよう、宇宙飛行士を脅かす隠れた危険があるかどうかをテストするための実物大の生活モジュールモデルを構築することを決定した。

月面宇宙ステーションが完成するまで、宇宙飛行士たちはまた、大変な任務をこなさなければならないだろう。計画によれば、「アルテミス計画」の３番目のミッションは有人月面着陸だ。その際、宇宙飛行士らはSLS大型ロケットで月周回軌道に送られるオリオン宇宙船に搭乗し、事前に打ち上げられた「スターシップ」を改造した月着陸船と軌道上でドッキングする予定だ。その後、宇宙飛行士たちは月着陸船に乗り込み、月の南極への着陸に向かった。

今回の宇宙飛行士の月への旅は、「アポロ計画」よりも充実したものになると期待されています。探査の興奮や楽しさは減るかもしれないが、水資源の発見、地質条件の調査、そしてその後の月面基地設立のための基礎を築くことに焦点を当てた、より詳細で些細な科学研究活動が行われるだろう。

新たな課題はどこにでもある

最近、国際宇宙ステーションを訪れる一般の宇宙旅行者が増えています。では、宇宙ステーション計画に含まれる新時代の有人月面着陸計画では、宇宙飛行士の身体的選抜基準が緩和されるのだろうか？答えは正反対かもしれません。

新時代の有人月面着陸計画が宇宙ステーションの長期運用から得られた教訓を十分吸収していることは、「アルテミス計画」を見れば容易に分かる。

人類が異星の惑星に定住したのは、まだかなり昔のことである。宇宙での生活は一般的に低軌道上の密閉された施設内での体験であり、月面の環境とは大きく異なります。そのため、宇宙飛行士は、長期間月面に滞在する際に、異なる重力環境における生理的適応性、放射線の危険と防護、精神的健康の維持、宇宙医学の「死角」など、多くの新たな問題に必然的に直面することになる。

わが国の有人月探査プロジェクトの月面着陸船と新世代の有人宇宙船のモデルが公表された（撮影：蘇東）

宇宙ステーション内の重力はほぼ無重力に近いですが、月面の重力は地球の約 1/6 です。宇宙飛行士が月面宇宙ステーションに居住し、時々月面に行って仕事をする場合、彼らの体は地上とは全く異なる重力環境に絶えず調整し適応する必要があります。この不規則に変化する重力環境は、宇宙飛行士の心臓血管系、免疫系、神経系、骨格筋などに、現時点では予測できない損害を引き起こす可能性があります。

さらに厄介なのは、宇宙飛行士が長期間「月周回圏」で活動し生活するため、基本的に地球の磁場の保護がなくなり、宇宙放射線の脅威に対してより脆弱になるということだ。身体的な不快感は一般的な症状である可能性が高く、いくつかの重篤な放射線症状はさらに心配です。

実際、新時代の有人月面ミッションはより複雑です。人類が地球近傍宇宙空間の外で長期の活動に本格的に従事するのはおそらくこれが初めてであり、宇宙放射線防護の問題は優先的に取り組む必要がある。これにより、将来の有人火星探査ミッションのためのさらなるガイド経験も得られることになります。

また、月面上の宇宙飛行士は地球の環境から遠く離れており、活動範囲が制限され、人間関係も単純で、宇宙放射線や機器の故障、怪我などのリスクを常に警戒しなければなりません。彼らは大きな心理的プレッシャーにさらされていると予想される。例えば、月面の昼夜の環境は地球上のそれとは大きく異なります。昼夜の交替が長く、昼と夜の温度差は摂氏300度にも達し、砂漠と静寂に覆われているため、宇宙飛行士の体内時計や心身の状態に影響を及ぼし、行動や認知能力の低下を引き起こすことは避けられません。

月から地球に帰還するまでには少なくとも２日半かかるため、宇宙飛行士に身体に異常が生じ緊急の救急治療が必要になった場合、低軌道宇宙ステーションのように地上に速やかに帰還させたり、地上から緊急支援を受けることは不可能である。これにより、宇宙生命維持システムに対する要求が高まります。

つまり、「月周回」での宇宙飛行士の長期ミッションは、彼らの肉体的・精神的健康、そして宇宙医療システムにとってより大きな課題となり、選抜プロセスはますます厳しくなるばかりだ。宇宙飛行士の月面科学調査ミッションが「より高いレベルに引き上げられた」ことを考慮すると、専門分野でも基準を緩めることはできない。

より多くのヘルパーとより質の高いヘルパー

環境はより過酷になり、任務はより困難になるため、宇宙飛行士にはより完全な総合的な資質が求められます。

NASA のアルテミス計画の宇宙飛行士選考基準は、少なくとも 1,000 時間のジェット機操縦経験、または STEM (科学、技術、工学、数学) 関連分野で少なくとも 3 年間の職務経験があることです。注目すべきは、宇宙飛行士の応募者にSTEM分野の修士号が求められるのはNASAの歴史上初めてのことだ。

これほど高い「基準」を設定した理由は、NASA が、低軌道飛行ミッションと比較して、月面着陸や「月圏」での長期滞在では、宇宙飛行士の肉体的、精神的資質、創造力などに高い要求が課されると考えているためです。宇宙飛行士はまた、チームワークにさらに注意を払い、全体的な効率性を発揮する必要があります。さらに、この月面科学探検と実験ミッションは、宇宙飛行士の専門的背景と科学的リテラシーに特別な要求を課す「アポロ計画」とは比較になりません。

米国の宇宙飛行士、無重力を模した水中訓練を実施

2022年から、「アルテミス計画」に選ばれた最初の一団の宇宙飛行士たちは2年間の訓練を受けることになる。具体的なプロジェクトには、宇宙ステーションの運用と保守、船外活動、超音速練習機の飛行、複雑なロボット操作スキルの習得などが含まれます。

基礎訓練を終えた後、月面着陸ミッションのための特別集中訓練に合格しなければなりません。例えば、月面着陸や月面環境への耐久性と適応性を向上させ、月面探査機の操作を習得し、飛行手順やミッションに精通する必要があるほか、月面着陸や月面活動訓練、月面居住訓練、月面科学探査や実験運用訓練など、ミッションの中核部分に合格する必要があります。状況に応じて、訓練には個人や小グループの協力、さらにはシステム間や全システムが参加する大規模な合同演習が含まれます。

しかし、仮想現実技術とデジタル技術の急速な発展により、将来、優秀な宇宙飛行士が月面着陸する前に、より多くの「助っ人」を得ることになるだろう。たとえば、高価で扱いにくい物理的なオブジェクトや実際のシーンのトレーニング プログラムは徐々に排除されます。宇宙飛行士は、パノラマシミュ​​レーターで月着陸船の飛行訓練、宇宙ステーションや月面滞在訓練を実施できるほか、さまざまな科学調査や実験装置を使った模擬操作評価も行うことができます。

将来的には、ビッグデータアプリケーションと情報技術の進歩により、宇宙飛行士の選抜と訓練はより豊富で多様なデータサポートを得られるようになるでしょう。人工知能は、特定の飛行および科学研究ミッションのための宇宙飛行士チームを選択するための「最適なソリューション」を確保するために、ミッション計画と人員の最適化に関与する可能性があります。 （著者：李宋）