宇宙を離れ、安全に地球に帰還する方法

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この物語は宇宙飛行士になる方法: 地球を離れるための内部ガイド、テリー・バーツ著。

宇宙船が軌道を離れて地球に帰還するには、いくつかの重要な作業が必要です。最も明白なのは、飛行経路を大気圏に向かって下向きに曲げることです。大気圏では空気抵抗によって船体が捕らえられ、容赦なく地表へと落下します。次に、再突入時の猛烈な高温に耐える必要があります。飛行機で飛行経路の角度を変えるのは比較的簡単です。操縦桿を前に押すと、昇降舵の空気圧によって機首が下がり、木が大きくなります。操縦桿を後ろに引くと、木は小さくなります。

しかし、宇宙では、宇宙飛行士が帰還することを可能にする非常に便利なトリックを考案したアイザックニュートン卿に感謝しなければなりません。宇宙に出た後の宇宙船の運動は軌道力学によって決まり、進路を左または右に変更するには、膨大なデルタ v、つまり速度の変化が必要になります。このため、傾斜、つまり方位を変更するのは非常に非効率的です。ほとんどの人間の宇宙船は、方位を左または右に数十分の1度変更するのに十分なロケット燃料しか搭載していません。幸いなことに、地球に帰還するために左または右に移動する必要がなく、単に降下すればよいのです。ここで便利なトリックが役に立ちます。速度を落とせば、軌道は下降します。逆に、速度を上げれば、軌道は上昇します。このトリックに必要なデルタ v の量は、傾斜を変更する場合よりもはるかに少ないです。

私の宇宙飛行士としての経歴は、スペースシャトルエンデバー号の STS-130 のパイロットとして始まり、2010 年に宇宙ステーションの組み立てシーケンスの最後の 2 つのモジュールを運びました。数年後、今度はロシアのソユーズ宇宙船で ISS に戻りました。シャトルとソユーズ宇宙船の両方で地球に帰還する時が来たとき、宇宙船を後ろ向きに回転させ、エンジンを数分間噴射して数百マイル減速し、軌道飛行経路を惑星に向かって下向きに曲げました。これにより、大気圏および最終的な着陸地点との衝突は避けられませんでした。ロケットが噴射している間は、わずか数十分の 1 重力の穏やかな乗り心地で、宇宙飛行士が叫び声を上げて座席に叩きつけられるというドラマチックなハリウッド映画のようなことはありません (ただし、それは打ち上げ中に起こったことです)。燃焼が終了した後、私たちはリラックスして最後の数分間の無重力を楽しむ時間がありました。なぜなら、約 20 分後、EI (エントリーインターフェース) と呼ばれる大気圏に接触すると、もうリラックスできなくなります。

EIで、スペースシャトルとソユーズの経験は劇的に異なるものとなった。スペースシャトルは、旅客機ほどの大きさの壮大な飛行機械で、大気圏に復帰すれば、普通の飛行機のようにバンクや旋回、機動性も可能だった。ただし、時速17,500マイル（約27,000キロ）で飛行し、太陽のように熱いプラズマの繭に包まれていた。これは、極めて薄い上層大気中の無防備な酸素分子_と窒素_分子に巨大なシャトルが衝突した際に、言葉では言い表せないほどの摩擦によって生じたものだった。

2月のあの夜、地球へ帰還するパイロット席からの眺めは息を呑むほど美しかった。窓の外は最初、柔らかなピンク色の光に包まれていたが、やがて明るいオレンジ色、そして赤色へと輝き始め、頭上の窓の上で白い光が点滅した。まるで映画『エイリアン』で宇宙船が自爆寸前でストロボライトが点滅するシーンを思い出した。任務の最終段階は暗闇の中で行われたため、色鮮やかなプラズマのあらゆるニュアンスを観察することができた。やがて視界は灰色に変わり、ヘルメットのバイザーを上げ、窓に身を乗り出した。プラズマは池の渦のようにゆっくりと渦を巻いていた。手を伸ばし、手袋から手を抜き、窓に触れてみたが、驚いたことに全く熱くなかった。最も奇妙だったのは、カウンターを指先で軽く叩いたような、はっきりとしながらもかすかな音だった。おそらく、焦げる音か、空気が流れる音を想像していたのだろう。

皮肉なことに、エンデバー号が高まる気圧の影響で減速を続けるにつれ、私の脳内では物事が加速し始めた。シャトルの翼が感じる対気速度は着実に増加し、重力加速度は約1.5Gにまで達した。私たちの軌道はケネディ宇宙センターの滑走路に正確には繋がっていなかったため、目的地に向かうにはオービターの大きな翼を活かして何度もS字ターンをしなければならなかった。最初のロール反転（シャトルを左から右へ旋回させる）は、中央アメリカ上空で行われた。窓の外を覗き込み、眼下を高速で移動する地面を垣間見ようとしたが、暗闇の中に点在する街の明かり以外何も見えなかった。

降下するにつれ、エンデバー号の指示対気速度（基本的には気圧）は着実に増加し、高度とマッハ数（マッハ1は音速、マッハ5は音速の5倍など）は低下していきました。着陸の数分前まで超音速飛行を続けていたため、下空のフロリダにいた人々は、シャトルが避けるよりも速い速度で空気分子に衝突した際に発生する衝撃波による、非常に特徴的な二重のソニックブームを耳にしました。滑走路に並ぶために最終旋回を開始すると、ザンボ（機長のジョージ・ザムカ氏）が数分間エンデバー号に搭乗させてくれました。テストパイロットとして、これは私のキャリアにおけるハイライトの一つでした。

ロケットから宇宙船、そして飛行機へと姿を変えた我々の機体の飛行特性は、あまり良いものではなかった。いわゆるハーモニー問題を抱えていた。ロールは非常に鈍重だが、ピッチングには非常に敏感だった。また、デルタ翼の飛行機に共通する奇妙な特徴もあった。上昇しようと操縦桿を引いた場合、最初は高度が少し下がり、その後、翼がより多くの空気を捉えるにつれて、最終的に上昇するのだ。高高度ではこれは大した問題ではないが、滑走路に着陸する最後の数フィートでは、シャトルのパイロットが徹底的に訓練して回避する重大な罠だった。なぜなら、突然機首を上げろという急な指示が出ると、突然の着陸につながるからである。操縦桿を握っているその数分間の私の仕事は、機体を機体の中央に保ち、コンピューター誘導の指示する経路上にとどめておくことだった。その束の間の栄光の後、ザンボがエンデバー号の最終進入と着陸の操縦権を取り戻した。

PLT (パイロット) としての私の次の仕事は、チアリーダーのような役割で、外側のグライドスロープで滑走路までの 20 度の急降下飛行経路を飛行中に高度と速度を叫ぶことでした。着陸高度 2,000 フィートのとき、ザンボはゆっくりと上昇し、1.5 度の内側のグライドスロープで滑走路を目指しました。高度 300 フィートで、私は着陸装置を下ろす作業を行いました。これは、このミッション全体で最も重要な作業でした。ザンボが着陸の潤滑をしてくれたので、それは完璧でした。私は時々、これまで経験した中で最高のシャトル着陸だったと彼に言い聞かせています。もちろん、それが唯一の着陸でもありました。しかし、彼が適切な速度で正確に滑走路まで前脚を下ろしたので、操縦はまだかなり残っていました。この操作を間違えると、激しく叩きつけられて胴体にひびが入る可能性がありました。彼は22万ポンドの機体をセンターライン上に維持し、時速約320キロで滑走路を猛スピードで駆け下りる間、機体をセンターライン上に維持し、私はドラッグシュートを展開して減速させました。その間ずっと、オービター後部からはロケット燃料駆動の油圧ポンプが排気ガスを噴き出す炎が絶え間なく噴き出していました。STS-130の着陸の映像は、まるでマッドマックスの映画のワンシーンのようでした。時速50マイル未満まで減速した時、私はドラッグシュートを切り離し、その直後、ザンボが無線で「ヒューストン、エンデバー、車輪停止」と指示しました。ようやく息ができるようになりました。

スペースシャトルでの着陸体験は、空軍の着陸のようにスムーズで快適なものに似ています。しかし、EI（地上40万フィート）に戻り、ソユーズ宇宙船に話を移しましょう。ソユーズ宇宙船の体験を表現する形容詞は他にもたくさんあります。スペースシャトルで地球に帰還するのが旅客機に乗るようなものだとすれば、ソユーズ宇宙船に乗るのはボウリングのボールに乗るようなものです。

最初に違いがはっきりと分かったのは、EI の直後、大気圏に再突入したときだった。今回は日中に起こった。ソユーズ、アポロ、スペースX ドラゴン、ボーイング CST-100 などのカプセルは、飛行機と同じようにバンク角を使って旋回するが、その効率ははるかに低い。シャトルのクロスレンジは 1,000 マイル以上あったのに対し、軌道から帰還するカプセルは通常、左右に 50 マイルしか旋回できない。アフリカ上空を高速で飛行していたとき、機体は右にバンクした。ハッチから下の地面を見ると、なんと高速で飛行していたのだ！地球から 250 マイル上空の軌道上では速度に気づかないが、このときには砂漠や山の上空約 50 マイルに過ぎず、それでも秒速数マイルの速さで飛行していた。その光景はあまりに印象的で、小さなカプセルとかさばる宇宙服を着て縮こまりながら、つかの間の光景を描こうと、膝板に何枚か意味不明なメモを走り書きした。

実際のEIフェーズもかなり異なっていました。窓の外には同じように赤、オレンジ、ピンクの光が見えましたが、ソユーズの方がはるかに激しいものでした。まず、ソユーズはEIの数分前に大きな音とともに3つの部分に分離しました。空の軌道モジュール、私たちがいた降下モジュール、そして無人のサービスモジュールです。大気圏に突入した後、ソユーズの外部ヒートブランケットは燃え尽きました。飛行中に文字通りバラバラに分解する機体に乗ったことは一度もありませんでした。幸いなことに、これは設計通りでした。「この崩壊がいつか止まるといいな」という思いが頭をよぎりましたが、どちらにしてもどうすることもできませんでした。絶え間なくバンバンと音を立て、ブランケットの破片（そして他に何があるのかは分かりません）が窓の外を飛んでいくのを見ていました。そしてパラシュートが開きました。以前にもパラシュートを経験したクルー仲間からブリーフィングを受けており、彼らは基本的に「死ぬと思うかもしれないけど、心配しないで。死ぬことはないよ」と言っていました。そして、どうなったと思いますか？まるで死ぬかと思いました。でも、ブリーフィングのおかげで、イタリア人のクルー仲間サマンサ・クリストフォレッティ、ロシア人のクルー仲間でソユーズ船長のアントン・シュカプレロフ、そして私はドローグシュートが展開した瞬間、最高潮に達しました。私たちは歓声を上げ、ロシア語で「ルースキー・ゴーリキー！」と叫びました。これは「クレイジーなジェットコースター！」という意味です。F-16コミュニティでは、この飛行段階を「ミスター・ヒキガエルのワイルドライド」と呼んでいたでしょう。この回転は数分間続きましたが、ようやくメインパラシュートが展開し、機体は安定して落ち着き、重力は1Gに戻りました。

次は待ち時間。カザフスタンのステップまで残り数千フィートをゆっくりと降下し、ようやく軌道が安定してきたと思った矢先、座席が突然勢いよく持ち上がり、宇宙船の底から約30センチほど浮上しました。これにより、衝撃吸収装置が衝撃をいくらか和らげてくれました。乗組員にはそれぞれ専用のソファがあり、体にぴったりフィットします。私のソファは約2年前、モスクワ近郊のエネルギア工場で型取りされたものです。その作業中、白い長ズボンの肌全体を覆い、クレーンで湿った石膏の中に降ろされます。石膏が固まると引き上げられ、体にぴったり合うシートライナーの出来上がりです。ロシアの技術者がこのシートを仕上げる際、ヘルメット部分の上部に手作業で余分なスペースを削り取り、私はそのスペースを余すことなく使いました。地球では問題なくフィットしていましたが、宇宙で200日を過ごした頃には身長が数インチ伸び、頭頂部がシートライナーの上部にぶつかるほどでした。

座席が上がる前は、コックピットにはほとんど余裕がなかった。私たちは皆、大きくて不快な宇宙服を着て、車の前の座席ほどの容積に押し込まれ、小さな機器があらゆる空きスペースに押し込まれていた。座席が上がると、コントロールパネルと顔の間におそらく30センチほどの隙間ができるほど高く移動された。右腕はカプセルの壁に押し付けられ、膝は胸の中にくっついていた。足を伸ばすこともできない。カプセルの壁が邪魔をしているのだ。私はしっかりとシートベルトで固定されていたので、動けなかった。右手には何も制御しない操縦桿があったが、乗組員にとっては、自分たちが何らかの制御をしているように見えることで、ある種の原始的な安心感を与えていた。膝の上にはチェックリストがあった。私は心の中で、「よし、私は閉所恐怖症ではないが、もし人生でパニックになる理由があるとすれば、それは今だろう」と思った。私には二つの選択肢があると思った。a) パニックになる。その場合、シートベルトを締めつけられ、身動きも取れず、どうすることもできない。b) パニックにならない。その場合、シートベルトを締めつけられ、身動きも取れず、どうすることもできない。私はbを選んだ。

すべてが一瞬で起こった。大きな音、爆発音、激しい衝突音、座席から弾き飛ばされ、横に投げ出されたような感じだった。ソユーズにはカプセルの底に「軟着陸用」ロケットが搭載されており、衝突のほんの一瞬前に噴射されるようになっているが、私としては「より衝突しにくい」ロケットと改名することを提案する。なぜなら、まさに衝突したような感じだったからだ。近所の電柱に車をぶつけたら、ソユーズが着陸したときのような気分になるだろう。しかし、体にぴったりフィットした座席、軟着陸用ロケット、座席のショックアブソーバーの組み合わせにより、数カ所の軽い打撲を除けば、着陸は完全に安全だった。着陸して360度回転して直立した直後、乗組員の誰かが「僕たち、生きてる？」と言った。私たち3人は手を合わせた。生き残り、故郷の惑星に戻ってきたのだ！

宇宙に打ち上げられ、時速0マイルから17,500マイルまで加速し、炎をたなびかせながらロケットに乗り、揺れと轟音とともに座席に叩きつけられながら、軌道まで8分半の旅をするのは、地球上では決して味わえない最高の体験です。しかし、時速17,500マイルから0マイルまでゆっくりと減速しながら地球に帰還する旅は、さらに素晴らしいものです。多くの国がロケットを打ち上げてきましたが、宇宙から人類を帰還させることに成功したのはほんの一握りの国だけです。それには理由があります。大気圏再突入は困難を極めるからです。それは素晴らしい体験ですが、同時に危険な体験でもあります。もし実際に再突入する機会が訪れたら、死ぬかと思うほどの恐怖を感じるでしょう。でも、信じてください、大丈夫です。

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