沈没した潜水艦からの脱出方法

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人類が最初の潜水艦を発明して以来、もっと閉所恐怖症的な人たちが潜水艦を見て「まさか」と思ったことがある。パイプや機器がぎっしり詰まった狭い金属の空間を想像するだけで、たとえ陸に立っていても溺れる恐怖に襲われる人も多い。しかし、潜水艦を見たことがある人なら誰でも、たとえ特注の大人サイズの潜水艦パジャマを着て眠るほど、この海中の怪物に魅了されている人でさえ、一度はこう思ったことがあるはずだ。もし潜水艦が沈んだら、脱出する方法はあるのだろうか？

はい！脱出計画や脱出手段は、潜水艦技術そのものと同じくらい古い歴史を持っています。容赦なく冷たい海の深みでは、常に不利な状況に陥る可能性はありますが、数十人の幸運な人々が、予期せぬ形で海底へ沈み、再び朝日を浴びるまで生き延びてきました。彼らの物語は、私たちに脱出の方法を教えてくれます。

1851年、ドイツの潜水艦発明家ヴィルヘルム・バウアーは、自らが開発した潜水艦の船体内にうずくまり、息を切らしてうずくまっている二人の同胞を目にした。全長26フィート（約8メートル）の箱型の人力潜水艦は、ドイツの北隣国デンマークとの戦争に勝利をもたらすはずだったが、その成功の可能性は低いと思われていた。乗組員3人は何時間も潜水艦の中に閉じ込められ、座ったまま救助を待っていた。

ドイツのキール港での試験日は、いつものように始まった。乗組員たちはいつものように、船首上部の角張った司令塔のハッチから這い出て、それぞれの位置についた。バウアーが操縦席に、ウィットとトムセンはそれぞれ、船のプロペラを動かす巨大なハムスターホイール2つに立っていた。バウアーが指示を出すと、ウィットとトムセンは足を上げ、ホイールのスポークを踏み始めた。巨大な人力水車のように、ホイールをゆっくりと回転させた。潜水艦は前進し始めた。

バウアーは、まるで優美な金属の印章のように、優雅に滑らかに水面下に消えていくだろうと期待していた。ところが、ブラントウヒャー号（「火の潜水艇」の意）は予期せず急降下し、港底の深さ16メートルの窪みへと、不器用に、止めようもなく、激しく、そして急速に沈んでいった。船が海底に激突し、激しく揺れながら停止すると、3人は無残にも船首に投げ出された。彼らは震えながらも無事に体勢を立て直した。しかし、バウアー、ウィット、トムセンの3人は、ボートを穴から引き上げることができないことに徐々に気づき始めた。彼らは動けなくなっていたのだ。

最初はただひたすら待ち続けた。そして、待ち続けた。少なくとも5時間、彼らは救助がいつ来るのかと思いながら座っていたという。彼らの潜水は見物人に目撃されており、ドイツ海軍が安全な新鮮な空気の元へ引き上げてくれるのも時間の問題だと考えていた。実際に誰かが気づいており、やがて船体に鎖や錨がぶつかる音が聞こえ、ボートやダイバーが難破現場をうろついていることがわかった。しかし、バウアーは空気…そして錨のことを心配し始めた。

男たちは全員、激しく息を切らし、青ざめ、汗をかいていた。バウアー自身も激しい頭痛に襲われ、吐きそうだった。バウアーは、これが二酸化炭素濃度が高まっている兆候だとわかっていた。彼らが地底に持ち込んだ酸素を含んだ空気を吸い続け、有害な二酸化炭素を吐き出し続けていることが原因である_{。目に見えないが危険な}_{二酸化炭素}によって、呼吸するたびに彼らの血液は酸性化しており、新鮮な空気の供給もほとんど残されていないことをバウアーは知っていた。また、錨や鎖が潜水艦に大きな音を立てて打ち付けていることも心配だった。薄い船体がそれらの繰り返しの衝撃で破裂するのではないかと考えたからだ。潜水艦には脱出ハッチがあったが、海圧で固く閉じられていた。バウアーは青白く震える手を伸ばし、手のひらで海水コックのバルブをしっかりと握り、ひねって開いた。海水が流れ込み、潜水艦に浸水し始めた。

ウィットとトムセンはすぐにバウアーに襲いかかり、一人は彼を叩きつけて胸の上に乗り、もう一人は慌てて彼の腕を押さえつけ、バルブを閉めた。二人は目を見開いて、バウアーは自殺しようとしている、自分たちも溺れさせようとしている、と叫んだ。しかし、バウアーは生きたいと願う男であり、物理学を理解していたからこそ、海水コックを開けたのだ。

潜水艦内部の圧力は、表面で1気圧に密閉されていたため、およそ1気圧でした。水深16メートルの外部海水の圧力は約2.6気圧でした。したがって、潜水艦のハッチ前後の圧力差は合計で約1.6気圧でした。単位を換算すると、バウアーが脱出のためにハッチをこじ開けたい場合、ハッチドアを閉める166キロパスカルの圧力に逆らってハッチを動かす必要があることになります。

ハッチドアの全表面積はおよそ 1.5 平方メートルでした。そして、水からの 166 キロパスカルの圧力とドアの 1.5 平方メートルを掛け合わせると、ドアに押し付ける水の力は 249,000 ニュートンになります。これをわかりやすい単位に置き換えてみましょう。私はレイチェルの単位で力を表すことにします。私自身、160 ポンドの人間の質量があり、そのほとんどはケーキでできており、メートル法では 72 キログラムになります。したがって、アイザックニュートンによれば、私が地球に及ぼす力を計算するには、私の 72 キログラムの質量に、地球の重力が私を下向きに加速しようとする速度、つまり 9.8 メートル毎秒の 2 乗を掛け合わせます。72 に 9.8 を掛けると、合計で 711 ニュートンの下向きの力になります。

つまり、私はただそこに立っているだけで、何も生産的なことをせず、酸素を二酸化炭素に変換しているだけで、地面に711ニュートンの力をかけていることになります。水からハッチに加わった力は249,000ニュートンでした。もしバウアーが潜水艦から脱出したかったら、ハッチドアの上に立っている350個のレイチェル・ランスを持ち上げられるだけの力が必要だったでしょう。

バウアーは圧力差を均等にする必要があることを知っていたので、シーコックを開けた。潜水艦に部分的に浸水させ、内部の圧力を2.6気圧まで上げることができれば、ハッチドア前後の圧力差はゼロになる。ドアは容易に開き、3人の乗組員は全員安全に泳ぎきることができる。おそらく、浮力のある空気が逃げて水面へ向かおうとしてドアが激しく吹き飛んだだろうが、いずれにせよ脱出経路は確保された。

バウアーとその圧力法則の熟知に説得され、ウィットとトムセンは船長を解放し、潜水艦への浸水を許可した。二酸化炭素分圧の上昇は一時的に耐え難いものとなり、吐き気や窒息に襲われたが、潜水艦はすぐに浸水し、圧力は均衡化した。3人は解放されたハッチドアから吹き飛ばされ、後にバウアーが表現したように「シャンパンのコルク」のように、無事に海面へとロケットのように浮上した。

バウアー、ウィット、トムセンは、潜水艦からの脱出に成功した最初の3人の潜水艦乗組員でした。彼らは1851年に、水中世界の科学的原理を熟知していたことで、この偉業を成し遂げました。ブラントウヒャー号は海中の泥穴から引き上げられ、保存されました。現在、ドイツのドレスデンにある博物館に展示されており、回収された最古の潜水艦です。

しかし、初期の世代の潜水艦乗組員全員が、大胆な脱出を成功させるために必要な、直感に反する海中の物理学を学んでいたわけではありませんでした。数年後、1863年の秋、アメリカ南北戦争の激戦の最中、南軍の私掠船ホレス・ハンリーは、後に彼の名を冠することになる小型の手回し式潜水艦の司令塔ハッチを引っ掻いていました。3人のレイチェル級の力で小さな楕円形の扉を閉めようとしていたのですが、ハンリーはヴィルヘルム・バウアーのように圧力を均等に分散させることを考えませんでした。ハンリーは脱出口を叩き壊すことができず、ハッチの扉は固く閉じられたままでした。乗組員8人全員が船内で窒息死しました。

1900 年代初頭頃から、脱出口を探す潜水艦乗組員は、乗組員の中のたった 1 人の科学者の才覚に頼ることは少なくなりました。代わりに、より近代的な潜水艦は、水門と呼ばれる二重の扉を通って、全員が半ば組織的に脱出できる設備を完備していました。水門を使用すると、乗組員はまず内側の扉またはハッチをよじ登り、背後でしっかりと閉じることで脱出できます。次に、外側のハッチが開く前に、小さな空間の一部を水で浸しますが、この二重扉システムにより、船全体を水で浸す必要はありません。乗組員が無事に泳ぎ出すと、外側のハッチは再び海水に対して密閉され、小さな脱出トランクの水没した空間は排水されて開かれ、新たな脱出者が潜水艦に乗り込むことができます。

しかし、潜水艦がより容易に脱出できるよう設計されていたにもかかわらず、1900年代初頭の潜水艦乗組員は、自分たちが魚ではなく人間であるという根本的な問題に直面していました。そこで、世界中の軍隊がこの問題を解決するために脱出「肺」の設計を始めました。この脱出「肺」は、脱走者の呼吸を再利用し、化学反応を利用して二酸化炭素を除去し、必要に応じてガスを追加する装置でした。この脱出「肺」は次第に標準装備となり、HMSシーティスのような潜水艦に日常的に搭載されるようになりました。

1939年6月、イギリス海軍士官のハリー・オラム大佐とフレデリック・ウッズ中尉は、ズボン一枚で乗組員の前に立ち、ほぼ裸の体に粘着性のあるグリースを厚く塗りつけていた。グリースの層は、ヒトラーによる戦争の最初のうわさが漂う中、海上試験中に彼らの潜水艦が沈没したリバプール湾の極寒の海から彼らをある程度保護するためのものだった。彼らは、沈没した潜水艦HMSシーティスに乗っている同胞に、実際の沈没潜水艦のシナリオではテストされていないデイビス式脱出肺が、確かに約束どおりに機能することを示す準備ができていた。2人は鼻クリップを装着し、口から胸に縛り付けられた四角い密閉袋に直接呼吸を始めた。彼らは浸水して機能不全に陥った潜水艦の内扉から、水門の中に入り込んだ。この時までに、乗組員全員が、自分の吐き出した二酸化炭素の猛烈な影響で衰弱しかけていたが、オラムは彼らを救う計画を持っていた。彼は、上空の塩辛い波間に死んで漂流してしまう場合に備えて、その計画を書き留めて手首に巻き付けていた。

内扉はオラムとウッズの背後で封印され、二人と乗組員の間には頑丈な金属の障壁が築かれ、二人は脱出トランクの小さな円筒形の空間に閉じ込められた。内扉が封印されたことで、海に閉ざされた外ハッチだけが、二人と自由の間に残された唯一のものとなった。トランクに水が浸入し始め、気圧が均衡し始めた。デイビス肺は計画通り呼吸ガスを循環させ、水中にいても新たな酸素を供給し、二酸化炭素を排出した。外ハッチの圧力がゼロになると、二人はドアを押し開け、日光と安全を隔てる残りの垂直距離20フィートを泳ぎ切った。

幸運にも4人の水兵がHMSシーティスから脱出に成功しました。しかし、外側のハッチドアが故障したため、さらに99人が船内で命を落としました。数年後、9人のアメリカ人が同様の脱出を成功させました。彼らは、デイビス肺に匹敵するアメリカ式のモムセン肺を使って、中国沖の太平洋で撃沈されたUSSタンから脱出しました。

モムセン肺とデイビス肺は、脱出者が魚になるために必要なガス供給源となり、たとえ泳ぎ方を知らない者でも、自ら鰓を成長させることなく水面へ、そして自由へとロケットのように飛び出すことを可能にした。この設計は成功した。しかし、グリースはせいぜい初歩的な計画に過ぎず、1989年にソ連の潜水艦K-278コムソモレツの脱出乗組員を低体温症で死に至らしめたことは、海にはまだ勝利の道があることを改めて示した。コムソモレツの乗組員は、沈没前にバレンツ海の水面に浮かんでいた船から脱出することができたものの、救助を待つ間に命を落とした。

現代の潜水艦乗組員は、SEIEスーツと呼ばれる全身防水スーツを装備している。これはSubmarine Escape Immersion Equipmentの頭文字をとったもので、「サイ」と発音される。鮮やかな色の布製のポッドで、オレンジ色を除けば、ミニオンの膨らんだコスチュームに少し似ている。沈没船から脱出するには、各乗組員がこれを着用し、パートナーと共に脱出トランクの中で辛抱強く待機する。スーツのふわふわした頭部から覗く前面の透明プラスチックパネルを通して、上昇する水面や互いの様子を見つめる。水門のハッチは現在、別の人物によって制御されている。パニックに陥って1つのハッチドアが予定より早く開いたために、水門全体が使えなくなることが何度もあったためだ。そして外側のハッチが開くと、完全に膨らんだスーツの容赦ない並外れた正浮力が、脱出者を力強く空へと押し上げる。潜水艦乗組員は二人ずつ浮上し、それぞれが明るいオレンジ色の専用浮遊筏を展開する。上空から見ると、まるでネオンオレンジの粒が海面に静かに浮かんでいるように見える。少なくとも理論上は、乗組員が潜水艦の新たな、より歪んだ形態の残骸によってハッチへのアクセスを妨げられておらず、また二酸化炭素濃度の上昇によって行動不能に陥っていないと仮定した場合のこと_だ。

今日の潜水艦は、水深1,000フィート（約300メートル）の海水による圧力をはるかに上回る圧力に耐えることができます。つまり、中規模のハッチを動けなくするには、レイチェル水圧計6,000トン以上が必要になります。まず第一に、そして最も望ましい方法は救助を待つことですが、海中の物理法則と現代の技術革新により、実際には水面に戻る別の方法が存在するのです。

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