NASAのNIACプログラムが宇宙旅行の未来を垣間見せる

『スタートレック』のような医療スキャナーから、『エクスパンス』のような惑星外農業の構想まで、SFはNASAをはじめとする宇宙機関の実際の研究にしばしばインスピレーションを与えてきました。今週、NASAの革新的先進概念（NIAC）プログラムの研究者たちはバーチャル会議に集まり、SF的なアイデアをブレインストーミングし、検討します。その中には、今後20年間のミッションを形作る可能性のあるものもいくつかあります。

火星のクレーターを飛び回るドローンヘリコプターや、月の氷の地図を作成する月面探査車は、10年前には非現実的なものに思えたかもしれない。しかし、ドローンヘリコプターは今年初めに実際に飛行し、月面探査車は現在計画段階にある。現在、会議主催者はより探査的なプロジェクトの提案を募集しており、そのうちのいくつかは最終的にNIACが資金提供する可能性がある。「私たちは長期的で突飛な技術に投資していますが、そのほとんどはおそらくうまくいかないでしょう。うまくいく技術はすべてを変える可能性があります。これはハイリスク・ハイリターンで、まるでベンチャーキャピタルの投資ポートフォリオのようなものです」と、NIACプログラムエグゼクティブのジェイソン・ダーレスは語る。

このプログラムは漸進的な開発ではなく、最先端の技術を10倍も上回る、革新的な技術の追求に重点を置いているとダーレス氏は語る。彼はこのプログラムを、ペンタゴンの国防高等研究計画局（DARPA）になぞらえる。DARPAも極めて空想的な概念を探求しているが、現代のインターネットの先駆けとなる技術など、数々の革新を生み出した。

9月23日（木）まで開催される年次会議は、NIACのライブストリームで一般公開されます。これまでに議論された提案の中には、折りたたみ式宇宙ステーションや宇宙飛行士の居住施設の打ち上げ方法、あるいは他の惑星からの資源採取方法など、長期にわたる宇宙旅行にはロケットの打ち上げを最大限に活用する必要があるという認識に基づいているものもあります。

次世代の宇宙飛行士は、生存、防御構造、そして旅の継続や帰還のための燃料供給のための資源を必要とする。「私たちには二つの選択肢があります。砂漠でハイキング旅行をするように、必要なものをすべて持ち出すか、それとも既にあるものを有効活用する新しい創造的な方法を見つけるかです」と、火曜日の会議で講演したテキサス大学エルパソ校の航空宇宙エンジニア、アメリア・グレイグ氏は述べた。

月資源の創造的な再利用を促進するため、グレイグ氏と同僚たちは、アブレーションアークマイニングと呼ばれる技術を提案している。これは、水氷や建築材料として利用可能な金属を吸い上げるものだ。「制御された稲妻を使って月を採掘するようなものです」とグレイグ氏はプレゼンテーションで述べた。彼女の構想は、スターウォーズに登場するジャワ族のサンドクローラーにちなんで名付けられたバンサイズのムーンクローラーで、場所を選び、先端にリング状の装置を地面と平行に設置する。直径1メートルにもなるリングに電弧が走り、月の表面から粒子を剥ぎ取る。帯電した粒子は、機械の電磁場によって移動・選別される。こうして、単一の装置で、一つの容器に水、別の容器に他の元素に結合した酸素、そして別の容器にシリコン、アルミニウム、その他の金属粒子を充填することができる。

しかし、他の初期構想と同様に、この構想にも克服すべき現実的な課題が存在します。例えば、月の塵の多い環境は機械に引っ掛かり、問題を引き起こす可能性があり、機械は防塵対策を講じる必要があります。また、水氷を探すために、クローラーは永久影のクレーターにも進入しなければなりません。クレーターは質量の約6%が水を含みますが、非常に冷たく暗い場所です。クローラーの電子機器は、このような過酷な環境と太陽光以外の電源で動作するように設計する必要があります。宇宙飛行士がクレーターの縁から採掘作業を監視することはできますが、監視するのは困難です。NASAは、月面の恒久的な居住地には年間約1万キログラムの水が必要になると推定しています。この技術に何か他のものが補完されない限り、少なくとも20台のこの種のクローラーが移動し、徐々に物資を収集する必要があります。今のところ、グレイグ氏は数年後にクローラーの小型デモ版をテストしたいと考えています。

宇宙採掘プロジェクトは倫理的な問題も引き起こしています。例えば、科学者をはじめとする人々は、月面採掘によって夜空の月の姿が永久に変わってしまうのではないかと懸念を表明しています。しかしグレイグ氏は、アブレーションアーク採掘は地球上の環境に有害な縦坑のような外観にはならないと指摘しています。採掘地域は広範囲に及ぶため、一部のクレーターはわずかに深くなる程度です。また、持続可能性の問題については、「人類が居住するのに十分な水は数百年は存在する」と彼女は述べています。

NASAは、月面探査や深宇宙探査の拠点として、月を周回する宇宙ステーション「ルナ・ゲートウェイ」の建設を提案している。しかし、ピッツバーグにあるカーネギーメロン大学のロボット工学者、ザカリー・マンチェスター氏は、ロケットの大きさの限界から、月面ステーション用の大型構造物を打ち上げる選択肢は限られていると主張する。「最大でも数メートルのロケットフェアリングよりも大きなものを作るには、国際宇宙ステーションのように、複数のロケットに分割して打ち上げ、軌道上で組み立てる必要があります。あるいは、何らかの方法でロケットに詰め込み、その後何らかの方法で拡張する必要があります」とマンチェスター氏は言う。

水曜日のセッションで、彼とワシントン大学の機械工学者ジェフリー・リプトン氏は、この限られたスペースに収まる宇宙ステーションを提案した。展開後は、折り紙のように自律的に展開し、折り畳んだ状態の約150倍の大きさの実物大の構造物となる。予備設計では、チタン、アルミニウム、またはその他の金属で作られた多関節構造が想定されている。

将来の宇宙飛行士はしばらく宇宙ステーションに滞在する可能性が高いため、無重力状態に長時間いることによる健康への悪影響を避けるために、回転させて人工重力を発生させる必要がある。しかし、人間は回転に敏感で、メリーゴーランドで生活したい人はいない。「回転する宇宙居住施設を建設する場合、人々に乗り物酔いをさせずにそれを実現する唯一の方法は、1分間に最大2回転することです」とマンチェスター氏は言う。地球のような重力を生み出すには、そのような宇宙ステーションは直径1キロメートル必要だと彼は主張する。しかし、展開されるまでそのような巨大な構造物を小さな空間に押し込むことは、重大な技術的課題となる。さらに、彼らのアイデアを現実のものにするために、マンチェスターとリプトンが最終的に、構造物の何千ものリンクとジョイントにもかかわらず、展開プロセスが妨げられないようにする方法を見つけ出す必要がある。

NASAは、史上最大の長距離旅行の荷造りのように、月や火星の構造物に必要なすべてのものをロケットに搭載する際にも同様の課題に直面するだろう。荷物を軽くするため、一部の科学者は、構造物の部品を3Dプリントするための材料として火星の岩石を使用することを提案している（現在、国際宇宙ステーションでは月のレゴリスを模した試験的なプリントが行われている）。しかし、カリフォルニア州マウンテンビューにあるNASAエイムズ研究センターの宇宙生物学者リン・ロスチャイルドは、全く異なるアイデアを持っている。それは、キノコで構造物を作ること、彼女が言うところの「マイコテクチャー」だ。「ありふれたキノコは、信じられないほど素晴らしい建築材料になり得る。完全に天然で、堆肥化可能で、究極のグリーンビルディングだ」とロスチャイルドは言う。

菌類は宇宙飛行士が建設に使うレンガやモルタルの材料として利用することもできるが、宇宙居住施設の理想的な形態は、彼らが到着する前に構築されるべきだ。彼女のチームの提案は、プラスチック製の足場と菌糸体（菌類の根を構成する白い糸状の組織）を搭載した着陸船を打ち上げるというものだ。（酵母と同様に、菌糸体は栄養を与えられなくてもしばらくは生きられる。）足場は四角い中空のプラスチック細胞を格子状に並べたもので、層状に縫い合わされて最終的な構造物の形を形成する。火星上では、おそらくガレージほどの大きさに膨らむだろう。水と酸素（少なくともその一部は火星で採取または生成されたものと思われる）を使って菌類は縫い目に沿って成長し、細胞を満たし、最終的にテントのような構造物を本格的な建物へと変化させる。

強度と宇宙放射線からの保護のために、ロスチャイルド氏はある種の黒い菌類が効果的ではないかと考えている。「黒い菌類は、思わず『うわっ』って言いたくなるような、ちょっと気持ち悪い見た目をしています。でも、黒い色素は放射線から菌類を守る効果があり、居住空間にいる人々と菌類を守ってくれるんです」とロスチャイルド氏は言う。彼女は数年以内に試作品を国際宇宙ステーションに送りたいと考えている。

月とは異なり、火星はかつて生命にとって好ましい環境でした。そのためロスチャイルド氏は、宇宙飛行士の構造体から菌類が漏れ出す可能性を一切排除する足場を設計しています。（NASAが最も避けたいのは、他の惑星での生命探査で、実際には地球由来の何かが見つかることです。）彼女のチームの設計では、菌類は実質的に「二重の袋」で覆われており、プラスチックの格子の中にさらに層を追加することで、菌類が確実に閉じ込められるようにしています。

これらの問題に対処するため、宇宙機関には「惑星保護」の専門家がいます。カリフォルニア州パサデナにあるジェット推進研究所のバイオテクノロジー・惑星保護グループのスーパーバイザーであるムーゲガ・クーパー氏は、NIAC会議で講演しました。「その場所に固有の液体の水と接触する可能性のある場所であれば、探査は間違いなく私たちの注目を集めます。水が見つかる場所には、生命が見つかるかもしれません」とクーパー氏は言います。米国は宇宙条約の原署名国の一つであり、この条約では、異星へのミッションを希望するすべての宇宙機関や企業は、宇宙船と搭載するすべての機器を確実に滅菌することが義務付けられています。

NIACプログラムの年間予算はわずか850万ドルですが、多くの探査プロジェクトを支援しています。今週の会議で発表されたアイデアの中には、次の段階に進むものもあれば、他の機関や民間企業に採用されるものもあるかもしれません。例えば、スマートフォンサイズの宇宙船をレーザーで別の恒星系に打ち上げるという以前の提案は、民間資金による企業であるBreakthrough Starshotの着想の源となりました。水曜日と木曜日の残りの会議では、月面電波望遠鏡に関する複数のプレゼンテーションに加え、宇宙飛行士用の個人用ローバー（アルテミス計画の宇宙飛行士は220ポンドのバックパックを背負うため）、そして宇宙の表土にキノコを植えて地球に似た土壌を作るというプレゼンテーションが行われました。

「受賞したコンセプトはすべて、私たちの理解の限界を押し広げるものであり、SFを科学的事実に変えることを可能にしてくれるのです」とクーパー氏は言う。

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