超音速は忘れろ。超高速飛行の未来は亜軌道飛行だ

2月にイーロン・マスク氏のスペースXチームがテスラ・ロードスターの1台を宇宙に打ち上げた後、ファルコン・ヘビーのサイドブースターロケットをケープカナベラルに帰還させたことは、転機となった。

SpaceX、Blue Origin、Virgin Galacticが商業宇宙開発競争の注目度を急速に高めていることから（ジェフ・ベゾスはBlue Originへの資金提供のために年間10億ドルのAmazon株を売却している）、軌道上の宇宙飛行は技術的に難しくコストもかかるため、私たちが長距離旅行の聖杯である準軌道飛行を体験するのはもうすぐになるかもしれないと考えるのも無理はないだろう。

かつてはSFの世界の話だった亜軌道飛行は、地球の端から端まで1時間以内で移動できるものでした。ロンドンからシドニーへの旅行では、機内食を挟むことさえ難しく、ましてやハリウッドのアクション映画を見ることなど考えられません。亜軌道飛行は軌道宇宙旅行と何が違うのでしょうか？それは速度です。亜軌道飛行では軌道速度に達しないため、機体は地球の曲率に沿った軌道をたどることができません。つまり、機体は常に地球の表面に引き戻されるのです。そのため、亜軌道飛行は工学的に非常に頭の痛い課題となっています。

軌道に完全には到達していないものの、準軌道飛行の乗客は技術的には宇宙空間に入ることになる。このような飛行は、高度100キロメートルまで上昇する可能性が高い。これは、宇宙空間の始まりを示す海抜高度であるカーマンラインをはるかに超える高度である。実際、米国運輸省は、高度80.45キロメートルを超える認可打ち上げロケットに搭乗したパイロットと乗組員に、商業宇宙飛行士の資格を与えている。

そして、費用も決して安くはないだろう。英国運輸省によると、もしこれが実現すれば、弾道飛行の座席は1人あたり20万ポンド以上になる可能性が高いという。

マンチェスターのサルフォード大学の航空工学上級講師フィリップ・アトクリフ氏によると、ロバート・A・ハインラインの1982年のSF小説『フライデー』は、主人公がSBアベル・タスマン弾道シャトルに搭乗する際の、準軌道飛行の乗客体験を正確に描写しているという。

高重力の打ち上げは、まるでクレードルが破裂して機内に液体が飛び散りそうな感覚が常に付きまといます。息もつかせぬ自由落下の数分間は、まるで内臓が飛び出してくるかのよう。そして再突入。そして、これまで作られたどんなスカイライドよりも長く、長い滑空。やがて自由落下は去り、極超音速滑空という信じられないほどスリリングな感覚に突入しました。コンピューターは激しい衝撃をうまく吸収してくれていますが、それでも歯に振動を感じます。

かなり急激に超音速域を通過し、その後、悲鳴を上げながら長時間亜音速飛行を続けました。その後、着陸し、逆噴射が始まり、間もなく停止しました。ノースアイランドを木曜日の正午に離陸したので、ウィニペグには前日の水曜日の夕方、19時40分に到着しました。

亜軌道飛行の機内体験にはドリンクカートや温かいおしぼりは不要かもしれませんが、大陸間移動時間がドラマ「ベイクオフ」の1話よりも短くなるという魅力は大きいです。しかし、この技術は今どこまで進んでいるのでしょうか？安全性はどの程度確保できるのでしょうか？そして、深圳での約束のために地球の大気圏の端っこをすり抜け、その日の午後に戻ってくるような時代が来るまで、どれくらいの時間がかかるのでしょうか？アトクリフ氏が亜軌道宇宙開発競争の最新情報をお伝えします。

WIRED：弾道飛行は現在どこまで進んでいるのでしょうか？

アトクリフ：有人飛行に関しては、軍事ミサイルとは対照的に、まさに始まりの段階です。歩くというよりは這うようなもので、しばらくは走ることなど考えられません。準軌道飛行の問題点は、その性質上、宇宙飛行、宇宙観光、極超音速飛行などと複雑に絡み合っており、それぞれを切り離すのが難しいことです。そもそも、切り離せるかどうかは別として。

現在、主要な取り組みは宇宙旅行です。ヴァージン・ギャラクティック、スペースX、ブルー・オリジンなどが提供しているような、カーマン線より上の宇宙への短距離飛行は、基本的にスリルを求めて行われます。しばらくの間、特定の目的地への定期便を利用する人は誰もいないでしょう。

もう一つの重要な研究対象は、単段式軌道投入（SSTO）衛星打ち上げ機です。これは旅客機ではありませんが、そのような設計の基盤となる可能性があります。Reaction Engines社のSkylonスペースプレーンは、SSTO機と極超音速旅客機の2つのバリエーションが提案されています。後者は亜軌道機になるかどうかは定かではありませんが、それに近いものです。

この技術が、例えば、たった 1 時間でオーストラリアまで飛行する乗客に利用できるようになるまでには、どれくらいの時間がかかるのでしょうか?

皆さんの推測は私と同じです。それには新たな技術、決して容易ではない挑戦に取り組む意志、そしてそれを実現するための資金が必要になるでしょう。比較的短期間で実現する可能性はありますが、どれくらいかかるかは聞かないでください。少なくとも10年はかかるでしょう。あるいは、超音速飛行が実現の可能性が高い例でしょう。コンコルドの就航から40年以上が経った今になってようやく、後継機としてハードウェアの製造まで至った機体が登場しました。これまでも紙面上のプロジェクトは定期的に行われてきましたが、実際に航空機が実現した例はありません。

弾道飛行のコストはいくらになりますか?

確かに、商業的な弾道飛行、つまり航空機の飛行に相当する飛行には多額の費用がかかります。宇宙観光飛行は6桁以上の費用がかかるため、弾道飛行サービスは安価ではない可能性が高いでしょう。

もちろん、最初の商業飛行、最初の大陸間飛行、最初のジェット機飛行、最初の超音速飛行は、どれもこれも時代遅れでした。人々は今日、安価な商業飛行に慣れすぎていて、かつてはどんな飛行も冒険であり贅沢であり、それ相応に高価だったことを忘れがちです。1969年のボーイング747の登場、そしてその後、一度に数百人の乗客を運ぶように設計された大型旅客機（例えば、コメット1の最大搭乗人数は44人だった）が登場して初めて、大規模な航空旅行が現実のものとなりました。当初は小規模で、それゆえ高価でしたが、もし亜軌道飛行が実現すれば、それも同じように高価になるでしょう。

商業的な弾道飛行を実現するために克服しなければならない技術的な障害は何ですか?

他の新しい航空機とほぼ同じですが、より複雑です。必要な性能を発揮するために、エンジンと機体を製造し、組み合わせることがすべてです。しかし、この場合は、機体が運用される過酷な条件によって、さらに困難になります。

最大の課題は、熱、推進力、そして燃料容量です。熱対策には新たな材料や製造方法が必要になるかもしれません。こうした状況下では推進力はあらゆるものの鍵となり、エンジンと機体の統合が設計の成否を左右するほどです。そして燃料容量も重要です。極低温燃料（最も一般的な液体水素と液体酸素）は密度が低いため、貯蔵容量が大きく、機体が大型化します。そうなると、より大きなエンジンとより多くの燃料が必要になる可能性があり、機体は大型化・重量化します。さらに、このプロジェクトを支えるインフラも必要です。「宇宙港」、そこへのアクセス、燃料と補給品、航行方法と規制、空域管制、訓練、迂回飛行場、規制当局など、数え切れないほど多くのインフラが整備されなければなりません。これらすべてを整備・構築する必要があります。

民間航空業界にはどのような影響があるでしょうか?

予測不可能です。分断化が進み、富裕層向けの準軌道サービスと、一般の人々向けの超大型高密度低コスト亜音速サービスという極端な形態が生まれるかもしれません。その中間、例えば裕福だが裕福ではない人々やビジネス旅行者向けの超音速サービスといったサービスも生まれるかもしれません。

このようなことは以前にも経験済みです。1969年、全く異なる2機の航空機、コンコルドとボーイング747が初飛行しました。片方は世界中を超音速で旅することを目指したもので、もう片方は世界中をはるかに低コストで大衆移動の手段としました。コンコルドは様々な理由で売れ行きが振るわず、また誰も同様の航空機を製造できなかったため、航空会社が予想したような形では両社の分裂は起こりませんでしたが、極超音速飛行／準軌道飛行がそのような分裂を生み出したとしても驚きではありません。航空会社は、どのサービスに特化するかを決める必要がありますが、低輸送量で高コストの超高速サービスは市場のあらゆる変化に非常に脆弱であることを常に念頭に置く必要があります。例えば、2001年9月11日の同時多発テロの後、まさにこのような事態が起こりました。

商業航空は現在最も安全な移動手段です。弾道飛行はより安全になるのでしょうか、それともより大きなリスクを伴うのでしょうか？

最終的には、弾道飛行は現代の民間航空と同じくらい安全になると期待しています。しかし、弾道飛行はまだ成熟した技術ではないことを忘れてはなりません。民間ジェット機は70年近くも飛行を続け、一度に600人以上を乗せてきました。しかし、いまだに有料の旅客機で弾道飛行を行ったことはありません。リスクは分かっているはずですし、エンジニアたちはそれに対処するために最善を尽くしてくれるでしょう。しかし、私たちが知らないリスクについてはどうでしょうか？

1950年代にコメット1号で実際に発生するまで、加圧サイクルの繰り返しによる金属疲労による爆発的減圧については認識されていませんでした。そのため、私たちがまだ考えもしなかった、あるいは考える理由もなかった、大惨事を引き起こす可能性のある故障モードが潜んでいる可能性があります。亜音速航空機に最初から完璧な安全性、あるいは現代の航空安全基準さえも期待するのは、危険なほどナイーブです。亜軌道飛行に関して言えば、私たちは事実上、第一次世界大戦前、あるいは直後の民間航空の時代に戻っているのです。事故は起こり、人命が失われるでしょう。しかし、私たちはそこから学び、時間と努力を重ねることで、これらの問題は克服されるでしょう。

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弾道飛行中にエンジンが故障したり客室の気圧が低下したりした場合には、何か対策を講じることができますか?

ここでは2つの別々の問題が挙げられますが、同時に発生する可能性も十分にあります。エンジン故障はそれほど大きな問題ではありません。特に機体が地面からかなり離れた後に発生した場合はなおさらです。スペースシャトルにはこの問題に対処する手順があり、特に世界中に点在する複数の飛行場が、必要に応じて打ち上げを中止できる場所として機能していました。機体が十分な高度や速度に達している状態で何か問題が発生した場合、これらの代替着陸地点を利用できる柔軟性があります。もちろん、目的地から遠く離れた場所に着陸してしまう可能性もあります。

地面に近い場所では、できることは限られているかもしれません。しかし、それは今日の民間航空機とほとんど変わりません。「ハドソン川の奇跡」は、航空機が低高度で動力を失うと墜落し、最終的な衝撃からどうやって生き延びるかが問題となることを示しています。願わくば、このような事態が発生した場合、チェスリー・サレンバーガーとその乗組員たちの操縦技術水準に匹敵する乗組員が活躍してくれることを願いますが、そのような乗組員でさえ、状況がどのようなものであろうと、対処できない可能性も認識しなければなりません。つまり、許容できるリスクとは何なのかという問題です。

エンジン故障の性質は問題となる可能性があり、エンジンの種類によって異なります。正常に機能する準軌道機には、エンジンと燃料、酸化剤のいずれか、または両方を投棄するシステムが必要になる場合があります。特に液体酸素のような物質は、火災が発生した場合、あるいは漏れが発生した場合でも非常に危険です。航空燃料も同様に危険であるため、経験が蓄積されれば、許容できるほど安全な設計につながることが期待されます。繰り返しますが、エンジニアは最初から正しく動作させるためにあらゆる努力をしますが、それが可能だったかどうかは、経験を通してのみ判断できます。

客室の気圧低下は、いつ、どこで発生するか、そして機体のどのような損傷が原因となり、またそれが原因となる可能性があるかによって、軽微な不都合から大惨事まで、様々な事態を引き起こす可能性があります。起こり得る結果の極端な例としては、旅客機の減圧とあまり変わりません。原因となった穴に向かって多少なりとも激しい吸引力が生じ、客室の天井から酸素マスクが降下し、航空機は最寄りの着陸場へと着陸を中止するかもしれません。

一方では、機体構造に大きな損傷が生じ、機体が分解する可能性もあります。どちらも過去に民間航空で発生した事例であり、今回も同様です。両極端の間の中間的な状況では、例えば、問題発生時に宇宙服のような機能を果たす密閉型フライトスーツのような追加対策が必要になるかもしれません。あるいは、このアイデアが気に入らないのであれば、客室を複数の密閉ユニットに分割し、漏れの影響を受ける乗客をできるだけ少なくするという方法もあります。機体に沿って散歩することはできませんが、他の選択肢を考えると、それほど大きな損失と言えるでしょうか？

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この記事はWIRED UKで最初に公開されました。