火星に入植するのに必要な先端技術

Posted by moonrainbow on 28.2016 火星   2 comments   0 trackback
火星に入植するうえで鍵となる10種の先端技術は何か?

火星に入植

科学技術の進歩は止まりません。今後数十年内での有人火星飛行計画が進んでいる今、その進歩が止まっては困るのです。NASAではその日を2030年代初頭と定めていますが、無事火星に到達するまでに完成させなければならない鍵となる技術がいくつか存在します

10. 水の抽出器

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 最近火星で液体の水が発見されたとはいえ、入植者は土壌に存在する氷に頼らなければなりません。水の抽出には、物理的な掘削、マイクロ波による水の気化、その蒸気を地表に持ち運ぶといった過程が考えられます。そうした機器は、地球上ではテストされていますが、火星上での大規模な運用テストはまだ実現していないのです。

 恒久的な基地を火星に設置するのであればもちろん不可欠な技術です。しかし、それは飲料水のためだけではない。例えば、水を水素と酸素に分離して酸素を供給するといった利用法もあります。酸素を供給する方法としては、火星の二酸化炭素から得るやり方もありますが、その場合でも酸素と燃料の確保には水が必要となります。

9. 火星スーツ

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 火星の環境はちょっとした難問を突きつけてきます。そこにある危険は入植者を直ちに殺してしまわないまでも、ひどい健康問題を引き起こす可能性があります。それを克服するためには、最新の宇宙服よりもはるかに進歩した火星スーツが必要となります。

 まず火星には危険な放射線が降り注いでいます。地球では大気と磁気圏という磁場が私たちを守ってくれています。国際宇宙ステーションも磁気圏の中を飛んでいるため、宇宙線に完全に暴露されるのは地球低軌道より高高度のミッションに挑むわずかな宇宙飛行士だけです。火星への旅ははるかに危険であり、それを防ぐシールドが必要となります。

 しかし、火星スーツは十分な保護性能を備えながらも、軽くなくてはいけないのです。その候補の1つとして、窒化ホウ素ナノチューブが挙げられます。もともとは宇宙船の保護材として開発されたものですが、すでに糸にすることには成功しているため、ここから放射線を防ぐ宇宙服の布を作れるかもしれません。

 もう1つの問題は、地球の重力による圧力がないと人体が衰えがちなことです。これは国際宇宙ステーションの宇宙飛行士をも悩ませており、彼らの骨量は1ヶ月で2%減少します。運動である程度防げますが、火星への有人飛行のような長期ミッションのために、MITでは体を地球の重力のように軽く締め付けるスキンスーツを開発しています。これはぴったりとした着心地で、大きな宇宙服の下に着込むことになります。

8. 宇宙船

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 言うまでもなく、火星への有人飛行は、キュリオシティのような無人機を送るのとはわけが違います。火星よりも200倍も近い月でさえ、数えるほどしか有人飛行が行われていないのはそれが理由です。

 その夢の実現のためにNASAが開発するのは、オリオンという宇宙船です。火星への有人飛行を念頭に、4人の宇宙飛行士を6~9ヶ月で火星に送れるよう設計されています。

Orion Capsule from Lockheed Martin



 しかし、オリオンの初ミッションは2030年代初頭まで実現しない見込みです。その前に、まずは月および小惑星への実験飛行が予定されています。またオリオンを打ち上げるためのロケットも開発が進められています。現段階では2021年の試験が予定されているものの、2023年に延期される可能性が高そうです。

 なおオリオンは2014年12月に無人での初飛行を行っています。これは飛行実験であるとともに、放射線の影響についてデータを収集することも目的でした。今のところ、宇宙線のおかげで人類の地球低軌道外での行動は150日が限界です。それよりもずっと長期間にわたる火星ミッションの成否は、オリオンの宇宙線対策が鍵を握っています。

7. 燃料

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 オリオンは比較的小さな宇宙船です。しかし長旅の間、宇宙飛行士の健康的な生活を守るにはより大きな”居住モジュール”が必要となります。そして、大きな宇宙船を火星まで運ぶには、当然ながら大量の燃料がいります。困ったことに大量に燃料を積めば、それだけ重量がかさみ、スペースも必要となるため、飛行が難しくなります。

 解決法としては、より効率的な燃料の開発が挙げられます。現在のほとんどの宇宙船は化学的推進システムを採用しています。しかしNASAでは太陽電気推進システム(SEP)を開発中です。これは太陽のエネルギーを利用して、キセノン原子を加速し、排気プルームを生み出すものです。従来のシステムよりもはるかに軽く作れます。

Solar Electric Propulsion (SEP)



 しかし問題もあります。現在の太陽パネルでは従来型に匹敵する推進力を得ることができず、火星への到達時間が大幅に伸びてしまうのです。これは有人ミッションにおいては致命的な欠陥となります。宇宙飛行士を6ヶ月無事に滞在させるだけでも大変なのですから。
 
 そこでSEPを使用して前もって補給物資や機材を火星まで運搬しておき、後から従来の化学的推進システムで速やかに宇宙飛行士を火星に到達させる手法も提案されています。

6. 機器の着陸

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 人間と機材を火星へ運ぶ宇宙船があったとしても、まだ厄介な問題があります。これを安全に着陸させる技術がないのです。人類は月面への着陸を成功させていますが、ここには基本的に大気がないのです。そして地球へも簡単に着陸できますが、ここでは火星よりも分厚い大気があります。火星では大気が薄いことから、軽量な無人探査機の着陸ですら容易ではないのです。現在のところ、有人飛行が可能なほど大きい宇宙船を安全に着陸させる技術はないのです。

 NASAが検討しているのは、巨大な超音波パラシュートとドーナツ型のエアブレーキの併用です。2015年の実験では、パラシュートが膨らんだ後に裂けてしまい、失敗に終わりました。だが実験からは貴重なデータが得られており、さらに改良が進むことでしょう。有人飛行までまだまだ時間はあります。

 また火星への入植を目指すオランダの非営利団体マーズワンでは、パラシュートを使用せず、ロケットだけで宇宙船の降下速度を制御しようとしています。前例のないこのアイデアには、無謀との呼び声もあります。

5. 農業

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 映画『オデッセイ』では、マット・デイモン演じる天才植物学者マーク・ワトニーが、火星でジャガイモを栽培していますが、現実でそれに近いのは、国際宇宙ステーションでレタスを育てたユタ州立大学のブルース・バグビーです。バグビー氏によれば、映画の基本コンセプトは正しいそうですが、火星で植物を栽培する難しさは映画の比ではないというのです。

 まず火星の日照量は地球の60%でしかないのです。それなのにワトニーの放射線防護居住区内はさらに光が乏しのです。現実の火星の農業には、人工光か、鏡と光ファイバーの装置で火星に届く太陽光を集める必要があるとバグビー氏は説明しています。

 また土壌も問題です。火星の土には酸化鉄が大量に含まれており、植物には過酷なのです。そのため、入植者は水栽培あるいは土中の酸化鉄を取り除くような処理が必要になるでしょう。

 しかし、バグビー氏の努力はきっと実を結ぶでしょう。数ヶ月前、宇宙飛行士のスコット・ケリーは宇宙で育てられたレタスを食べた初めての人類となりました。もちろん美味しかったそうです。

4. 建設ロボット

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 インフラも何もない火星上に人を放り込んで、勝手に必要なものを作ってもらうことなどできるわけがないのです。入植に先立って資材を積んだ無人機を送り、居住区や水の抽出器などのインフラをロボットである程度の作っておくことが現実的です。だが問題は今のところ、ロボットが限定的な作業しかできないことです。

 NASAでは、2大学と提携してR5という人型ロボットを研究しています。だが二足歩行型のロボットが果たして最善の方法なのかどうかは意見が分かれるところです。4足型あるいはタイヤを装備したロボットの方が適切である可能性もあります。またロボットの使用に懐疑的な立場からは、可能な限り地球上で作業を進めるべきだとも主張されています。例えば、前もって膨張式のシェルターを作っておけば、ロボットを一から建設作業に当たらせる必要も無くなるでしょう。わざわざ高度な作業が可能なロボットを開発する苦労も避けられます。

3. 居住区

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 居住区が火星への入植者にとって大切なものであることは明らかです。居住区は地球に近い圧力を必要としています。また塵、嵐、放射線などの過酷な環境を防げなければならないのです。さらに快適である必要もあります。火星では相当な時間を室内で過ごすことになるだろうからです。

 さらに火星では思いもかけない問題も発生します。例えば、直感的に考えて、入植者は室内で植物の栽培を行います。問題は植物が酸素を出すことです。完全に密閉された空間では、酸素がやがて人体に有害なレベルにまで充満したり、火事を引き起こしたりする恐れもあるのです。かといって換気をすれば、大気には不可欠な成分である貴重な窒素が逃げてしまいます。したがって、宇宙での農業が可能となるには、酸素だけを処理するシステムが必要になります。

 なお2015年にNASAが開催した火星居住区のデザインコンペでは、火星の土壌を無視するかのような作品が優勝しました。応募者が提案したのは、やはり火星に大量に存在する氷を使ったピラミッドのような構造です。

2. 産婦人科

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 一般的に宇宙飛行士はミッション中の性行為が禁止されています。だが火星で残りの人生を過ごすことにもなれば、そうも言っていられないでしょう。そして、そうなれば当然赤ちゃんもできます。これは完全に未知の領域であり、母子の健康を確保するために細心の注意が払われなければならないのです。

 大問題は、これも例に漏れず、放射線だ。胎児の発達を制御するDNAは、放射線のダメージに非常に弱いのです。火星への途上で受精した胎児は先天的な異常が発生するリスクも相当に高いのです。火星上ならば状況はまだマシかもしれないが、それでも母体を放射線から守る施設は間違いなく必要です。そこで火星の衛星フォボスに居住区を作るべきという意見もあります。一部のクレーターは宇宙線を90%防いでくれるからです。

 さらに育児もまた特殊でしょう。妊娠したラットを宇宙に送った後、帰還させ出産させた実験では、無重力のせいで赤ちゃんの上下の感覚が適切に発達しないという結果が得られています。だが、上下感覚は数日後に正常に戻り、赤ちゃんが通常の重力に順応したことが示唆されました。

 だが、これはそれほど差し迫った問題ではないのかもしれません。ある研究者によれば、低重力下に長期間いると男女ともに生殖能力がダメージを受けるそうです。つまり最初の火星入植者は子供を諦めなければならないということです。

1. 帰り道

火星に入植10

 先述のマーズワンが計画するのはあくまで火星への片道切符です。地球に帰還する方法については一切考慮されていません。MITのレポートによれば、どう贔屓目に見てもマーズワンによる入植者は即座に全滅するそうです。火星への片道切符と言えばロマンチックに聞こえなくもないですが、太陽系の植民化において、宇宙空間に人を置き去りにするのは最善ではないのでしょう。

 幸いにも、NASAが計画するのは往復切符です。もちろん大変な技術的挑戦なのですが、意外にも地球への帰還は比較的楽な部類なのだそうです。地球帰還船(ERV)を火星の軌道上に待機させ、その時が来たらこれを使用します。難しいのは、帰還船までたどり着く方法です。火星の大気を通過し、軌道上まで到達するには大量のエネルギーが必要となります。その生産には数年かかるほどです。

 NASAの解答は、前もって火星に送り込んでおいた火星上昇船(MAV)を使って帰還船に到達することです。火星上昇船は火星に着陸すると、大気から二酸化炭素を抽出し、これを燃料に転換します。満タンになるには2年ほどかかるようですが、完全に燃料が充填されたことを確認できるまで宇宙飛行士が火星へ飛び立つことはないのです。したがって上昇船は火星の過酷な環境に4年間耐えることができねばならず、火星ミッションの中では最大重量の機器となります。地球に帰還することを考えれば、その価値はあります。

listverseより

2016年03月14日
カラパイアより

火星への入植、ハードル超高そうですね^^;
目標の2030年代初頭までにこれだけの難題をクリアできるのか、、いやはや壮大過ぎます☆
2016.03.28 18:42 | URL | JUNxxx #- [edit]
JUNさん

10個のハードル読んで頂けましたか。
確かに難問ばかりですよね。
でも、技術的にはクリア出来ると思います。
ご覧になったかも知れませんが、
映画「オデッセイ」では行けてましたよね(笑)。

ただ、問題は資金がないので、
それをどうするかだと思います。

ところで、いつも思うのですが、
JUNさんの写真は素晴らしいですね。
タイトルと写真の構図があまりにもマッチしていて、
いつも感心させられております。
個展を開かれますか?
是非、招待して下さいね。
(梅田で)

2016.03.29 09:01 | URL | moonrainbow #- [edit]

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