NASAは宇宙船の安全性をどのようにテストするのか？レプリカを破壊

ロッキード・マーティンのデンバー地区キャンパスにある高さ80フィートの巨大な宇宙船が、赤い岩の尾根を背景に佇んでいる。装置の上部を見るには首を曲げなければならない。下部では、舷窓からワイヤーが上下に伸び、蛇行している。円筒状の構造物は、鈍い漏斗のような円錐形へと流れ込み、さらに先細りになってロケットノズルを備えた塔へと変わっていく。その隣には、発射台のガントリーを思わせる屋内クレーンの青い足場が並んでいる。

しかし、この宇宙船はどこにも行きません。これはNASAの宇宙船オリオンのコピーです。オリオンは将来、地球の軌道を超えて、月、火星、そして深宇宙へと乗組員と貨物を運ぶ予定です。このオリオンの双子、我々はこれを「疑似オリオン」と呼びましょう。構造的には本物と全く同じで、フロリダから約3200キロメートル離れた場所にあります。

あそこはずっと安全だ。ここデンバーでは、エンジニアチームがドッペルゲンガーを地獄のような試練にかけ、限界を探り、圧力に耐えられるかを確認している。その犠牲のおかげで、本物のオリオンは同じような苦難と、それに伴う潜在的な損害に耐える必要がなくなるのだ。

火曜日、チームはPseudOrionを一連の振動試験にかけた。メンバーの中には、NASAのスペースシャトル技術者だった経験があり、1981年から2011年の飛行を記念したタトゥーを入れている者もいる。その目的は、共鳴周波数を明らかにすることだった。すべての物体には固有の固有周波数があり、その固有周波数に近い周波数で振動させると――文字通り同調させると――物体は振動する。激しく。エンジニアたちは、それがいつ起こるのか、そしてどのようなものになるのかを知りたいのだ。

どうやら、その音は超強力なエアコンか、あるいは静かで不快なサウンドトラックとして演奏される短2度の和音のようだ。しかし、PseudOrionは震えているようにも、揺さぶられているようにも見えない。穏やかで、じっとしていて、動かないように見える。

振動試験、あるいはモーダル試験は、この怪物が耐えなければならない5つの拷問の一つに過ぎない。同じものを2バージョン作るのは費用がかかり、特に片方を酷使するだけならなおさらだ。しかし、時間を重視するなら、これは経済的な選択肢だ。「必要な試験をすべて実施すると、飛行試験機の完成まで約2年かかってしまうでしょう」と、コピー機の組立・試験責任者であるダン・クヴァールは、騒音に負けずにそう語る。

この双子機があれば、チームはオリオンの開発（他の宇宙船と同様に、コスト超過や遅延を経験している）と並行してテストを実施できると彼は説明する。そして、双子機を過酷な条件で扱うこともできる。本物が決して遭遇するはずのない状況にさらすのだ。万が一、そうなった場合に備えて。

合格するには、テストツインが生き残れば十分です。例えば、クルーカプセルに定格圧力の1.5倍の圧力をかけても破裂しなければ、A+となります。「『生き残る』とは、『破裂しない』という意味です」とクヴァール氏は言います。

圧力試験に加え、エンジニアたちは落雷への耐性も確認する。「フロリダでは、2週間落雷がないと分かるまで発射台に上がれないとしたら、絶対にそんなことはしないでしょう」とクヴァール氏は言う。彼らはまた、太陽電池パネルを展開するために爆発するボルトが切断されるなど、他の種類の衝撃にも耐えられるかを確認する。

そして、ロケット自体の音を模倣した音響テストもあります。火曜日、PseudOrionの上には、いくつかのホーンが設置されています。音響耐久テストでは、エンジニアが厚さ約45cmのドアを閉めます。ドアは吸音砂で満たされ、宇宙船の前で回転して閉じます。その後、チームはホーンに窒素ガスを注入し、150デシベルの騒音で物体を攻撃します。

周波数が関係するものの、火曜日のテストとは異なります。その日、クレーンが巨大な振動モーター（その名の通り、振動するモーター）をシュードオリオンに持ち上げます。エンジニアたちはクレーンでモーターを固定しながら、機体にぴったりと押し付けます。そしてモーターを起動すると、機体は急速に振動し始めます。モーターは様々な周波数で動作し、機体に取り付けられた加速度計がその反応を測定します。チームは宇宙船全体と、今回は乗組員カプセルを囲むパネルなどの特定の部品をテストします。火曜日のテストでは、周波数が非常に高かったため、シュードオリオンは不気味なほど静止しているように見え、空調された空気の中でブーンという音だけが、その攻撃の証拠となりました。

オリオンの最も基本的な共振は、機体を土台から揺らします。そして、その周波数の倍数である高調波があり、その2番目の周波数は機体を中央で曲げます。しかし、エンジニアは宇宙船の剛性と接続部を設計する際に、このたわみを考慮することができます。耐震構造の建物を設計するようなものです。擬似オリオンの各コンポーネントにも、独自の振動現象が見られます。研究チームは、これらの共振周波数がどれくらいになるかを予測しています。「これらのテストで何か新しい発見があるとは思っていません」とクヴァール氏は言います。「私たちの予測が正しかったことが、今、本当に分かったと確信しています。」

クヴァールがテストの説明を終えると、音が止まり、モーターが停止した。静寂はどこかおかしい。こんなに広い部屋が、こんなに静かであるはずがない。しかしすぐに、技術者がチェリーピッカーをPseudOrionに向けて運転し始め、このモーターをより強力な、より低い周波数のモーターに交換する準備をしていた。念のため、さらに振動が加わった。

真のオリオンが（最終的に）どこへ、いつ向かうのかは、政治と経済の風向きによって変化してきた。最初は火星？最初は月？それともNASAが計画している月周回軌道の恒久的な居住地へ？「こうした変化を通して、オリオンを分解する必要はなかった」と、フライトディレクターのポール・アンダーソンは試験棟に立ち寄った際に語った。アンダーソンはオリオンの2回目のミッション（初の有人ミッション）を担当しており、おそらく2023年に実施される予定だ。将来のミッション計画は変更されたものの、機体の構造は変わっていない。オリオンは当初から複数の目的地に向かう予定だったからだ。

これらすべてのテストと最初の 2 つの実験ミッションが終了すると、NASA は、特定の場所や特定の時期に、深宇宙への定期飛行用に複数のオリオンの製造、打ち上げ、場合によっては改修を開始する可能性があります。

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