新しい鉱物が出現、月は他にどんな驚きをもたらすのでしょうか?

9月9日、我が国は月のサンプルの調査中に「嫦娥石」を発見したと発表しました。これは月で発見された6番目の新しい鉱物でもある。実際、近年の月の土壌研究は、予想外の水資源、ヘリウム3などの新しいエネルギー源のより簡単な抽出方法、月の土壌の特別な建設用途など、人々に多くの驚きをもたらしました。関連する成果が次々と出てくるにつれ、人類の月への飛行を助ける航空宇宙技術も進歩しており、これは人々が将来の月面基地の建設や月の開発の見通しに期待を抱くのに十分である。

画像提供：アメリカ宇宙局

驚きがたくさんある

2020年12月17日、嫦娥5号帰還機は1,731グラムの月の「特産品」を積んで地球に帰還し、私たちに月についてさらに学ぶ良い機会を与えてくれました。現在、科学研究者らはマグマの分化、宇宙風化、バイオエネルギー変換などにおいて一連の成果を達成し、月のサンプルの形態と鉱物組成について予備的な理解を得ている。今回発見された「嫦娥石」は科学研究者による重要な成果である。

「嫦娥石」は美しい柱状の透明水晶です。リン酸鉱物として、鉄輝石、チタン鉄鉱、トロイライトなどとともに月の玄武岩粒子に存在します。月の土壌研究は、一連の関連する科学技術の進歩を推進できる典型的な最先端の基礎科学研究です。今回「嫦娥石」を発見するために使われたハイテク手段は注目に値する。

X線が鉱物の結晶を通過すると、結晶内の規則的に配列した原子に遭遇して散乱し、結晶構造に応じた特異な回折現象を示すことが報告されています。これを基に研究者らは、14万個の月のサンプル粒子から大きさ約10ミクロンの単一結晶粒子を分離し、その構造を分析することに成功した。同様の技術的手段は、科学研究者が月の構成をさらに研究するのに役立つことは間違いなく、月の進化の歴史のモデルを構築し、月の環境変化の法則をまとめ、それを有効活用することが期待されます。

科学者たちは「嫦娥石」の利用についてまだ研究する必要があり、比較的大きな経済的価値をもたらす成果も嫦娥5号の帰還によるところが大きい。

月のサンプルの顕微鏡写真

つい最近、中国の研究者らは、将来の核融合エネルギー資源であるヘリウム3の含有量と抽出パラメータを月の土壌サンプルから初めて取得することに成功した。これは、我が国の今後の月のヘリウム3資源の分布のリモートセンシング検出、総資源の推定、さらには将来の開発のための貴重な基礎科学データを提供します。

ご存知のように、ヘリウム 3 は将来の制御された核融合の燃料として、ウラン 235 の核分裂の 10 倍以上のエネルギーを生み出すと予想されています。理論的には、100トンのヘリウム3核融合によって得られるエネルギーは、全人類が1年間に利用できる量です。さらに、ヘリウム3は極低温環境を作り出すのにも役立ち、超伝導や量子コンピューターなどの最先端の科学研究にも大きな恩恵をもたらします。

中国の研究者が月の土壌の研究を徐々に深めるにつれ、イルメナイト粒子を使って室温でヘリウム3を選別・抽出するという、比較的実現可能な新しいアイデアが浮上してきた。

人類が長期間月面で生き残るためには、生命活動を維持するのに十分な水と酸素を確保することが最大の課題です。この点に関しては従来の見解はかなり悲観的だが、近年研究者らはより多くの可能性を発見したようだ。

嫦娥5号が運んだ月の土壌や岩石のサンプルの中に水資源が発見され、特に鉱物の表層には太陽風由来の水が多量に存在することがわかった。月の南極にある深さ1万メートルの穴には、古代の水の氷が存在する可能性が高い。そのため、我が国を含め多くの国の次期月探査計画は月の南極を目指したものとなっています。

月面で十分な天然水資源が見つからない場合は、他の「対策」があります。月の土壌にある酸素を含む鉄鉱物を使用し、水素を使用して還元反応を刺激することで真水を生成することも可能であり、人類は月面での生存への第一歩を踏み出すことができます。次に、原子力電池や宇宙太陽光発電所を利用してエネルギーを供給することで、月の水資源の電気分解を促進し、酸素と重要なエネルギーである水素を得ることができ、月面基地の建設と月面での正常な作業と生活の基盤を築くことができます。

外国の民間航空宇宙企業は、月の水資源を利用して推進剤を調製し、宇宙船の軌道上燃料補給サービスを提供するという、さらに大胆な計画さえ提案している。

月に向けての準備方法

近年、NASAは「月への再帰」を決意している。 「アルテミス」計画は度々延期され、SLS計画は「野心の欠如」と非難されているが、新たな有人月面着陸に向けた技術的準備は確かに並行して進んでおり、過小評価されるべきではない。

輸送ツールに関しては、SLS は成熟した技術を広範に活用しており、理論的には克服できない技術的障害はありません。スペースXが開発したオリオン宇宙船と有人月着陸船「スターシップ」は、厳格な技術実証とテストを経ており、成功する可能性が高い。 SLS が実際にその任務を遂行できないとしても、より急進的な技術コンセプトを備えた「代替品」としての Starship にも、大きな責任を担う機会がある。

飛行経路に関して、NASAは大型ロケットを使って人類を直接月に送るというアポロ計画の「単純な」計画を断念し、代わりに総合的な利益と将来の可能性を重視し、まずは月面宇宙ステーションを建設することを決定した。このため、月軌道や航行装置を検証する探査機が打ち上げられており、今年11月にも軌道に乗り、「評価結果」が発表される予定だ。すべてが順調に進めば、ファルコン・ヘビーロケットはその後、月面宇宙ステーションのモジュールを段階的に打ち上げることになる。

次に、SLSとオリオン宇宙船が宇宙飛行士を月面宇宙ステーションに送り、ファルコン・ヘビーロケットが改良された貨物船ドラゴン宇宙船を打ち上げ、月面宇宙ステーションに物資を供給する任務を遂行する。宇宙飛行士たちは体調を調整した後、あらかじめ月面宇宙ステーションにドッキングされている有人月着陸船「スターシップ」に乗り込み、月に向かうことができる。

人員装備の面では、NASA は最近、月面歩行システム (月面先進宇宙服とも呼ばれる) のサプライヤーとして Axiom Aerospace を選択し、2 億 2,850 万ドル相当の契約を締結しました。 2025年の「アルテミス3号」ミッションでは、2人の宇宙飛行士がこの宇宙服を着て月面に着陸する予定で、NASAはバックアップとして「オリオン宇宙服」など新世代の宇宙服も用意している。

さらに、西側の研究者らは人工知能アルゴリズムを使用して月面の永久影領域を観測する研究も行っており、月の南極付近の着陸候補地をいくつか予備的に選定し、複数の月面探査車プロジェクトを立ち上げている。

実際、有人月面着陸の野望を抱いているのは西側諸国の航空宇宙コミュニティだけではない。中国の航空宇宙専門家も、新世代の有人運搬ロケットによって2030年頃に中国人を月に送ることができると公言している。現在、中国は有人月面着陸計画を検討しており、その後国際月面研究ステーションを建設する予定だ。

基地建設の未来は明るい

将来、人類が月面に基地を建設し、長期間にわたってそこで生活したいと考えた場合には、地球からの大規模な物資輸送に全面的に頼ることはできないのは明らかだ。彼らは月面で「現地の材料を使う」ことを学ばなければならず、より先進的でインテリジェントな多機能ロボットの助けを借りて月の資源を最大限に活用しなければならない。

例えば、研究者たちは、月の土壌が耐高温性、強力な断熱性、耐放射線性、高強度などの特性を備えた優れた建築材料であることを発見しました。大気の保護がない月面では、3Dプリント技術、特殊な接着剤、ロボットアームなどの助けを借りて、月の土壌が人間の住居を建設するための理想的な選択肢となるでしょう。

さらに、研究により、月の土壌の成分は、メタンやメタノールなどの航空宇宙推進剤の触媒合成や宇宙植物の栽培に大きく役立つことがわかっています。

月の土壌の鉱物特性に関する詳細な研究は、月面資源の探査、エネルギー消費量の少ない地球外環境と生命維持システムの構築、資源供給への圧力の緩和に役立つと言えます。これは、将来の月面基地の建設と運営、そして宇宙飛行士の生存と将来の深宇宙探査にとって大きな意義を持つことになるだろう。

地球は人類のゆりかごですが、人類は永遠にゆりかごの中で生きることはできません。近い将来、月面基地が形を整え、月面基地で得られた成果と経験は、将来の火星基地の設立にもプラスの意義を持つことになるだろう。さらに、月面基地は月面宇宙ステーションのような「中継基地」として機能し、人類がここで訓練や「燃料補給」を行い、さらに遠くの異星の惑星へ旅するのを助ける。

人類による月探査はまだ初期段階にあり、まだ解明されていない秘密が数多くあります。しかし、科学研究によって宇宙開発の実現可能性が証明され続けるにつれて、月面基地はますます近づき、月の開発はもはや遠い未来ではないと大胆に想像することができます。 （著者：張凱）