月面採掘を学ぶNASAの研究所、スワンプ・ワークス内部

これは塵の物語です。宇宙飛行士のブーツのような形に変形し、何千年も変わらない塵。ガラスのように切れ味鋭い塵。数十億ドルの機械を空気圧で故障させるほど微細な塵。

ムーンダスト。

フロリダ州にあるNASAスワンプワークスのロボット工学エンジニア、ジェイソン・シューラー氏にとって、それは執着の産物だ。彼は、地球外からの土を抽出、粉砕、成形、分析し、そして土から守ることができる機械の開発に取り組んでいる。将来の月探査者が自給自足生活を送るなら、シューラー氏の機械のいずれかが必要になるだろう。将来の月探査ミッションでは、月の土壌、いわゆるレゴリスをロケット燃料の製造や有用な構造物の建設に利用できる可能性がある。しかし、そのレゴリスは実に厄介な存在にもなり得る。呼吸器系の問題を引き起こしたり、触れたほぼあらゆる表面にしつこく付着したり、宇宙船を使用不能にしたりしてしまう可能性があるのだ。

トランプ政権はNASAに対し、2024年までに月の南極に人間を送るよう命じた。3月に開催された国家宇宙会議で、マイク・ペンス副大統領は、NASAの長期目標は人類を月に永久に送ることだと説明した。NASAが有人月面探査に必要な数十億ドルを捻出できたと仮定すれば（これは大きな仮定だが）、探査はそこで終わらないだろう。NASAの長期計画は、月の弱い重力を利用し、月を火星への踏み台にすることだ。さらに、月の表土には水が含まれていると考えられており、理論上は分解してロケット燃料を作ることができるという利点もある。しかし専門家らは、まずは月の構造を調べるために、複数のロボットミッションで月に向かう必要があると述べている。

スワンプワークスは、月面の環境を模倣した巨大なテストベッドを備えた世界でも数少ない施設の一つです。航空分野における数々の画期的な成果をもたらしたロッキード・マーティン社のスカンクワークスに着想を得たスワンプワークスは、NASAに同様の機敏な精神をもたらすことを目指して設計されました。シューラー氏をはじめとする12名ほどの研究者たちは、月面探査と採掘のためのロボットの試作を行っています。特に、彼らがテストしているのは、オートバイほどの大きさながら、その重量はほんの一部に過ぎない四輪駆動のロボット「レゴリス先進表面システム運用ロボット（Rassor）」です。

ラッサーは一度に約200ポンド（約90kg）のレゴリスを運搬できます。シューラー氏によると、ラッサーの質量とエネルギー要件が低いことを考えると、これはNASAが開発中の他の月面掘削機のコンセプトよりもはるかに大きいということです。月面では、最初の採掘機は必然的に非常に軽量になるため、掘削作業はさらに困難になります。地球の重力を利用する従来の掘削技術は機能しません。そのため、ラッサーは両端から鋸歯状の円筒形の採掘ツールを2つ突き出しています。掘削中に反対方向に回転することで、これらの反作用力により、ロボットは月の低重力環境でもある程度牽引力を得ることができます。

シューラー氏は低重力下での性能試験は容易ではないが、120トンの人工月面レゴリスを詰めた巨大な砂場でラッサーの性能を確認することはできる。「ビッグビン」は世界最大のレゴリス試験場で、スワンプワークスのエンジニアたちがロボットを実際の月面へ向かわせる前にトラブルシューティングを行うために利用している。月の塵はばらばらで非常に細かく、粒子は割れたガラスのようにギザギザしている。また、静電気を帯びているため、あらゆるものに付着し、除去が非常に困難だ。機械が自力でこの塵を除去する方法を見つけなければ、時間の経過とともにロボットの体にこびりつき、ロボットは動けなくなり、センサーも使えなくなってしまうだろう。

月のレゴリスは地球の土とは全く異なりますが、地球にも似たような土が少なくとも一つあります。数年前、NASAの研究チームは、高地砂漠を模擬月探査や火星探査に利用する砂漠研究技術調査の一環として、アリゾナ州の玄武岩流で調査を行いました。シューラー氏によると、あるテスト中、一人のエンジニアが土の山に登り、腰まで土の中に沈んでしまったそうです。同僚たちが彼を救い出そうとしたとき、その中の一人、元アポロ宇宙飛行士のジャック・シュミット氏が、その土が実際の月のレゴリスと非常によく似ていることに気づきました。「この人は月に行ったことがある、本物の地質学者です」とシューラー氏は言います。「この土の山を評価するのに、彼以上に適任の人はいませんでした」。そして案の定、土のサンプルが持ち帰られ、検査を受けたところ、近くの採石場から出た廃棄物であるその土は、月のレゴリスの物理的特性とほぼ完全に一致することが分析で判明しました。

NASAの研究者たちは採石場に連絡を取り、廃棄物の買い取りを依頼しました。シューラー氏によると、当初同社は「1トンあたり4ドル」程度の価格を提示し、研究者たちは400ドルか4,000ドルの値段だと勘違いしていました。しかし、確認してみると、まさにその通り、1トンあたり4ドルの見積もりでした。NASAは最終的に200トン以上の廃棄物を購入し、月面模擬物質として使用しました。現在、採石場から出た廃棄物の約半分がビッグビンに保管されています。

掘削だけが課題ではない。ラッサーは掘削中に巻き上げる塵埃にも対処しなければならない。そのため、スワンプワークスの研究者たちは、ロボットに電気力学的ダストシールドを装備する予定だ。このダストシールドは、月の表土の静電気を利用し、機体表面に弱い電界を発生させて塵埃をはじく。このシステムはまだラッサー機体に搭載されていないが、地球上の表面から模擬月塵と実際の月塵の両方を除去することに成功しており、4月には国際宇宙ステーションに送られ、宇宙空間の真空中での初試験が行われた。

最初の掘削ロボットが月面に到着すると、多くの未知の問題に直面することになるだろう。例えば、セントラルフロリダ大学の惑星科学者でスワンプ・ワークスの共同創設者でもあるフィル・メッツガー氏は、ほとんどの惑星科学者は月の極に氷が存在することを「完全に確信している」と述べている。しかし、それがシート状なのか、小さな立方体なのか、レゴリスの粒子を覆っているのか、あるいは最も一般的な説のように、レゴリスの他の部分と混ざり合った小さな粒子なのかは不明だ。ロボットミッションは、おそらくこの疑問を探る最初のものとなるだろう。

さらに、月の塵を建設資材に転用するという課題もあります。シューラー氏と彼の同僚たちは、この目的のために主に2つの技術を研究しています。1つ目は焼結法で、月のレゴリスを溶かして互いに接着させ、固い表面を形成する方法です。彼らはこの方法で玄武岩を用いて連結タイルを作ることに成功しており、同様の技術を用いて月面発射台の建設も可能かもしれません。また、同グループはレゴリスを原料とする3Dプリントシステムも開発しています。シューラー氏によると、これらのシステムは着陸地点周辺の防爆壁などのインフラ整備に不可欠となるでしょう。月面での宇宙船の離着陸時には、数百マイルにわたって塵が撒き散らされる可能性があります。圧縮されたレゴリスで作られた防爆壁は、近くの機械や居住施設を保護するのに役立つ可能性があります。

土を糧に生活し、石を必要に応じて成形することは、人類と同じくらい古い活動です。先祖が槍の穂先を鍛えるために岩石を利用したように、子孫はレゴリスを使って自分たちの発射台を作るかもしれません。スワンプワークスの入り口を出てすぐの中庭には、もともと近くの草木が生い茂った空き地にあった、小さくて目立たない丸石が置かれています。50年前、その空き地はアポロ宇宙飛行士が月に行く際に使用する技術の一部をテストするために使用されました。地質学的時間スケールで形成されたこの丸石は、模造の月の岩石として新たな存在を獲得するために米国西部から運ばれた多くの丸石の1つです。現在、この丸石は、地球に縛られた人間と彼らが住む土地との長年にわたる関係、そしてその絆が宇宙でもどのように続くかを示すものです。

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