アメリカが月面原子炉建設に躍起になっている理由

NASAは、ショーン・ダフィー暫定長官からの新たな指令に基づき、2030年までに月に原子炉を建設する計画を急ピッチで進めている。

この計画は、宇宙での原子力発電の規模拡大という数十年来の夢を復活させるものであり、未来の可能性を切り開き、地球外資源と環境の利用に関する法的および規制上のガイドラインを試すことになる転換となるだろう。

ドナルド・トランプ大統領の下で運輸長官も務めるダフィー氏は、月面に原子炉を最初に設置することが、新たな月探査競争において絶対に勝たなければならない競争だと位置づけた。「2024年3月以降、中国とロシアは少なくとも3回、2030年代半ばまでに月面に原子炉を設置する共同の取り組みを発表している」と、ダフィー氏は7月31日付の指令書の中で述べている。

同氏は、今後数年以内に人類を月に着陸させることを目指すNASAのアルテミス計画に言及し、「最初にそうした国は、潜在的に立ち入り禁止区域を宣言する可能性があり、その場合、最初にそこにいなければ、米国が計画しているアルテミス計画の拠点の設置を著しく阻害することになるだろう」と付け加えた。

この指令は、商業パートナーと共同で建設する100キロワットの稼働可能な原子炉を5年以内に設計、打ち上げ、月の南極に配備するというロードマップを示した（ちなみに、100キロワットはアメリカの約80世帯に電力を供給できる）。仕様は現時点では推測の域を出ないものの、火星探査機や宇宙探査機に搭載されている基本的な原子力発電機（通常はトースターや電球程度の数百ワットで稼働）と比較すると、100キロワットは劇的な電力増強となる。

その影響は「月だけでなく、太陽系全体にとって」変革をもたらすだろうと、NASAの技術・政策・戦略担当次官兼主任技術者代理を務めたバヴィヤ・ラル氏は語る。月面に原子炉を設置すれば、宇宙産業は「少量の電力でできることではなく、私たちが本当にやりたいことを中心に宇宙システムを設計できるようになる。これは、地球上の社会がろうそくの明かりから電力網に移行した際に起こったのと同じ飛躍だ」

NASAは2030年までに月面原子炉を建設できるだろうか？

2030年までに月に原子力発電所を建設するのは容易ではないが、多くの専門家は実現可能だと考えている。

「4年半というのは非常に大胆なタイムスケールだが、技術はすでにある」と英国バンガー大学の核物質教授で核未来研究所の共同所長を務めるサイモン・ミドルバーグ氏は言う。

これまでの問題は、必ずしも技術的な準備状況ではなく、地球外原子炉に対するミッション需要の不足、あるいはその完成を強引に押し進める政治的インセンティブの欠如でした。しかし、今、その計算は変わりつつあります。

「私たちは60年以上にわたり投資を続け、数百億ドルを費やしてきました。最後に何かを打ち上げたのは1965年です」とラル氏は、NASAのSNAP-10Aミッション、つまり宇宙に打ち上げられた最初の原子炉を指して述べた。「大きな変化の瞬間は昨年だったと思います。NASAは歴史上初めて、火星有人ミッションの主要な地上発電技術として原子力を選択しました。」

「これまではなかった政策の確実性が今やあります」と彼女は付け加える。「最後に、民間部門は宇宙原子力の利用だけでなく、宇宙原子力の提供にも関心を持っています」。スタートアップ企業だけでなく、ボーイングやロッキード・マーティンといった既存の航空宇宙企業も、宇宙における原子力利用の研究を進めている。「多くのパズルのピースが良い形で組み合わさり、実際に前進できる段階にきています」

NASAのアルテミス計画は、月の南極に恒久的な基地を建設するための基盤を築き、火星への移住技術の開拓を目指すものですが、その将来は不透明です。いずれにせよ、夜が2週間続き、気温が激しく変動する月のような異様な環境での有人ミッションには、安定して豊富な電力供給が不可欠です。

「月の重力と温度変動は過酷です」とラル氏は言う。「日中の気温は約100℃。夜間は絶対零度に近くなります。電子機器はすべて耐放射線仕様でなければなりません。とはいえ、正直に言うと、最大のリスクは技術的なものではありません。最大のリスクは、その勢いを維持し、ミッションの目標を達成することです。」

南極に月面基地の建設を計画している中国もその一つです。この地域は資源と氷に恵まれており、探査や恒久的な拠点として魅力的な場所です。中国はロシアと協議を進めており、2035年までに月面原子炉を建設する共同事業を進めています。こうした動きを受けて、NASA、国防総省、エネルギー省の関係者は、月面基地建設競争への参加を強く求めています。

「実現は可能だ。なぜなら、ここアメリカでは強力な敵に遭遇すると非常にうまく対処できるからだ。そして、ここ40年間、そのような敵はいなかった」と、ニューメキシコ大学宇宙原子力研究所の創設所長で原子力工学教授のモハメド・エルゲンク氏は言う。「しかし、実現するには多くの問題を解決しなければならない」

これはどのように機能するのでしょうか?

ダフィー氏の指示には、計画中の原子炉の設計や規模についての詳細はほとんど含まれておらず、今後数か月でどのような構想が生まれるかは誰にも分からない。

「アルテミス計画における米国の競争力と月面におけるリーダーシップをさらに強化するため、NASAは核分裂表面発電の開発を迅速に進めています」と、NASA本部の報道官ベサニー・スティーブンス氏はWIREDへのメールで述べた。「この重要な技術は、月面探査を支援し、火星で高出力のエネルギー生成を可能にし、宇宙における国家安全保障を強化するでしょう。開発を推進する取り組みの一環として、NASAはこの作業を統括する新たなプログラムエグゼクティブを任命し、60日以内に産業界に提案依頼書（RFP）を発行する予定です。NASAは今後、この提案に関する詳細を発表する予定です。」

この指令は、ラル氏と航空宇宙技術者のロジャー・マイヤーズ氏が共同執筆した宇宙原子力に関する最近の報告書の調査結果を反映しており、その報告書には、2030年までに月に100kWの原子炉を建設するという「Go Big or Go Home（大規模に進めるか、家に帰るか）」の選択肢が含まれていた。

この100kWの設計は、「バスケットボールコートほどの大きさの折りたたみ傘を持って、大人のアフリカゾウ数頭を月に送り込むのとほぼ同じだ。ただし、ゾウは熱を発生させ、その傘は日陰を作るためではなく、宇宙に熱を放出するためのものだ」とラル氏はWIREDへのフォローアップメールで述べた。

NASAは、2020年に開始された「核分裂表面発電（Fission Surface Power）」と呼ばれる月面原子炉開発の最新プロジェクトからもインスピレーションを得る可能性がある。この計画は、月面に自律的に設置される40kWの原子炉を建設するというものだ。新しい100kW原子炉の建設契約をどの企業が獲得するかはまだ明らかではないが、40kW原子炉の前身となるプロジェクトには、航空宇宙部門のエアロジェット・ロケットダイン、ボーイング、ロッキード・マーティン、原子力企業のBWXT、ウェスティングハウス、X-Energy、エンジニアリング企業のクレア、そして宇宙技術企業のインテュイティブ・マシーンズとマクサーなど、幅広い組織からの意見が反映されていた。

このプロジェクトの契約企業は、初期構想段階では最大質量6トンという要件を満たすことができませんでした。しかし、ダフィーからの指示では、原子炉は最大15トンのペイロードを運ぶことができる大型着陸船によって運ばれることが想定されています。

100kWの原子炉、ウラン燃料、ラジエーター、その他の部品は、複数回の打ち上げと着陸を経て輸送される可能性があります。施設の建設地は、事故発生時の汚染を防ぐため、月面のクレーター内、あるいは地下に建設される可能性があります。

「月は深刻な工学的課題を提示します」と、イタリアのトリノ工科大学の航空宇宙エンジニア兼研究者であるカルロ・ジョヴァンニ・フェロ氏はWIREDへのメールで述べた。「大気がなければ対流冷却は不可能です。地球上のシステムのように、部品上の気流を利用して余分な熱を排出することはできないのです。」

フェロ氏はさらに、月の重力は地球の6分の1であり、流体力学と熱伝達に影響を与えると付け加えた。また、月の表土（月の表面を覆う塵と小岩の層）は粘着性があり静電気を帯びているため、ラジエーターなどの機器に悪影響を与える可能性がある。「技術的な観点からは実現可能だろうが、それでも非常に野心的な計画であることに変わりはない」と、NASAの提案する計画についてフェロ氏は述べている。

リスクとメリットは何ですか?

すべての核技術、特に爆発ロケットの打ち上げや未知の環境への着陸に関わる技術には、厳格な安全規制が求められる。

「専門家グループが集まり、あらゆる懸念事項に対処するための要件を策定することが非常に重要です」とエル・ゲンク氏は言います。「最善の方法は、潜在的な問題に対する解決策を提示することではなく、『設計によって潜在的な問題を回避できるのか』と自問することです。」

そのため、NASA、中国、あるいは他の機関による月面原子炉の展開は、あらゆる段階で高い規制基準の対象となる。例えば、ロケットが故障した場合に備えて、ウラン燃料は耐久性の高い保護層に封じ込められる可能性が高い。

「規制があるのは安全のためです」とミドルバーグ氏は言う。「宇宙飛行士が電源切れになるのは避けたい。宇宙で、回復不能な事故に遭うのも避けたい。そうなれば、まさに大惨事です」

「これは徹底的に規制されるでしょう」と彼は続ける。「誰が規制するのかは疑問ですが、いずれにせよ、十分に検討されておらず、安全性が実証されていないものを勝手に導入するようなことはしないでしょう。そうなれば、このプログラムは終わりです。」

月への原子力発電導入競争は、強固な安全戦略の策定に加え、宇宙法と政策の新たな道を切り開くことになるだろう。最初に月に到達した国や団体は、安全と安全保障のため、指令で「立ち入り禁止区域」と呼ばれる区域を設定する可能性が高い。数平方マイルに及ぶ可能性のあるこれらの区域は、競合相手が同じ空間に入ることを防ぐことになる。

こうした活動は、天体は平和目的にのみ使用でき、宇宙空間の探査と利用は「全人類」の利益のために行われるべきであると定めた宇宙条約で定められたガイドラインに従わなければならない。

「条約違反には当たらないと思います」とラル氏は言う。「むしろ、放射線リスク、熱管理、あるいは事故対策のための措置といった機能的な排除です。有害な干渉を防止するために必要であれば、宇宙条約第9条に照らしても正当化されるでしょう。」

「彼らは主権を主張するつもりはありません」と彼女は付け加えた。「私たちは、それが何らかの土地の奪取だと言っているのではありません。」

宇宙原子力発電は何世代にもわたって実現が期待されてきたが、多くの専門家はついにその時代が到来したと考えており、鉄（あるいはウラン）が熱いうちに打つべきだと考えている。もし宇宙に原子炉が実現すれば、探査と産業の可能性は飛躍的に高まるだろう。

「そのような電力があれば、月や火星の恒久的な地表インフラ、月面採掘システム、火星の採掘システムなど、人間の居住地で酸素、水、推進剤を採掘できるシステムを構築できるのです。生存のためだけでなく、居住性も確保できるのです」とラル氏は語る。「大規模な科学研究が可能になります。レーダーであれ地震計であれ、機器を小型化して電力消費を抑える必要はありません。

「これは太陽系を開拓するための基礎なのです」と彼女は付け加えた。「まさにそこが私が本当にワクワクしているところです。」

月面に原子炉を建設することに初めて成功した国々は、この未来を形作る上で非常に大きな役割を果たすことになるだろう。そして、その役割を担う可能性のある国々は、そのエンジンを加速させている。

「新たな宇宙開発競争は、誰が最初に月に到達するかということではありません」とフェロ氏は言う。「誰がそこに留まれるかという問題なのです。」