金星という“地獄”のような惑星に、NASAは探査機を送り込む

地球に最も近い惑星であると同時に、太陽系で最も解明されていない惑星のひとつでもある金星。鉛を溶かすほどの高温や深海のような高気圧、吹き荒れる嵐に硫酸の厚い雲といった“地獄”を思わせる環境のこの惑星に、NASAが探査機を送り込もうと開発を進めている。

Venus

PHOTOGRAPH BY NASA

月のみならず、いずれは火星にも人類を送るという話が出るとき、月や火星以外にも探査に値する惑星があることは忘れられがちだ。しかし、米航空宇宙局(NASA)の研究チームは、人類を送る惑星として金星に照準を定めた。金星は地球に最も近い惑星であると同時に、太陽系で最も解明されていない惑星でもある。

ソ連の探査機が1966年、金星に最初の着陸(衝突による不時着)をなしとげて以来、宇宙船が金星の地表の環境に耐えたのは計数時間にすぎない。だが、NASAが開発した新たな探査機は、最長で60日間は金星の過酷な地表で耐えられるように設計されている。その探査機「Long-Lived In-Situ Solar System Explorer(LLISSE)」の部品は、どれも地獄のような環境の惑星、すなわち金星の特徴である高温、高圧、反応性雰囲気に耐えられるように特別につくられている。

金星が地球の“悪魔の双子”と呼ばれるのは言いえて妙だ。ふたつの惑星は質量も大きさもほぼ等しいため、科学者たちは金星がかつては水の豊富な天国のような惑星で、原初の生物が存在していた可能性があると考えている。

まるで“地獄”のような金星の環境

ところが現在、金星の表面はまさしく地獄の様相を呈している。気温は鉛の塊をどろどろに溶かしてしまうほど高く、気圧は水深900mの深海と同じくらい高い。さらにはトルネード級のすさまじい強風が高速で金星を循環し、日中は硫酸の厚い雲が太陽を隠す。ひとたび夜になると、地球の時間で100日以上も続く。

現時点での通説によると、かつて金星には液体の水に満ちた広くて浅い海があったが、太陽が海水を沸騰させてしまった。海が蒸発し、水素が宇宙に放出され、二酸化炭素を多く含む大気が温室効果ガスの排出を促し、金星はわたしたちがいま見ている通りの地獄のような景観になったのだ。

金星には厚い大気があるので、宇宙船が金星の軌道を周回したり、金星のそばを飛行したりすることによって収集しうる情報量は限られている。地球の近くの惑星で起こっていることを知るためには、科学者たちは金星の表面に着陸しなければならないのだ。

そこでNASAは、金星の探査に新たな発想で乗り出すことにした。その中心人物は、オハイオ州にあるNASAのグレン研究センターで宇宙科学計画室(SSPO)を率いるティボー・クレミックである。

NASAが火星に着陸させたローヴァーがクルマほどの大きさであるのとは対照的に、LLISSEは小型だ。というのも、地球の隣の惑星に向かう宇宙船に乗せてもらわなくてはならないからである。LLISSEは1辺が10インチ(約25cm)に満たない立方体で、金星の大気から地質まですべてを調査するための複数の機器が詰め込まれている。

探査機づくりは難問だらけ

LLISSEを金星の過酷な環境に耐えうるようにするのは、苦労が多い作業だ。金星の大気には大量の二酸化炭素と微量の硫黄が含まれているので、通常の電子部品だとその上にすぐに水晶ができてしまう。

そこでクレミックとLLISSEチームは、紙やすりや人工ダイヤモンドに使われる合成素材、炭化ケイ素を用いて硬いチップを設計、作成した。探査機のすべてのセンサーもこのチップと同様に硬くなければならない。

もちろんLLISSEの大きさに制限があるからといって、ほかの宇宙船に搭載されている道具、例えばカメラを運べないわけではない。「LLISSEにカメラを搭載する方法があれば必ず試してみますが、そのカメラは小型になるでしょう」とクレミックは話す。

クレミックいわく最大の難問は、60日間も探査機に動力を与える方法を見つけることだ。深宇宙に向かう多くのミッションでは小型原子炉によって動力を生み出しているが、LLISSEではミサイルに搭載されているものと同種の加熱によって活性化される熱電池を使用する。この電池がすぐに切れないように消費電力を制限することが、目下の工学的な課題である。

クレミックのチームは探査機の部品を組み立てる際に、金星の環境を正確に再現した室内に各部品を2カ月も入れて入念にテストする。探査機を長もちさせて、金星の夜から昼への移行を観測できるようにするのが狙いという。

金星の1日は地球の約4カ月に相当する。金星の1日の遅い時間帯に着陸するなら、探査機のバッテリーは夜から昼への移行を確認するうえで必要な分はもつと、クレミックらは考えている。「金星の環境が昼から夜にかけてどう変わるのか、まったくデータがありません。可能な限り多くのデータを収集しようとしているところです」とクレミックは言う。

ミッション延期でも飛行は実現するか

クレミックによると、LLISSEはロシア連邦宇宙局とNASAの共同プログラム「ヴェネラ-D」のミッションに向けて開発中である。このミッションには金星の周回衛星のほか、大型で長もちしない探査機、小型で長もちする探査機が含まれることになっている。ロシア側が周回衛星や大型の探査機を、NASAが長期間持続する探査機をつくる。

ただし、ヴェネラ-Dのミッションは先行きが不透明だ。当初の目標としていた発射時期は2013年だったが、2026年以降に延期されている。

米国とロシア共同のヴェネラ-Dチームは今年1月、フェイズ2のレポートを公表した。それは長期間耐久する探査機が金星で作動する仕組みの詳細についての報告書だ。10月初めのロシアでのワークショップでは、金星で着陸できる可能性のある場所に関して検討がなされた。

2023年にはLLISSEの製造およびテストが完了すると、クレミックは言う。その時点までこのプロジェクトを進めるとNASAが決定すれば、この探査機は実際の飛行に使う部品を搭載してつくり直されることになる。

とはいえ、歴史上最も耐久性のある宇宙探査機が飛行する保証はない。それでも惑星科学者たちは、金星の表面で長期間探査する宇宙船を送ることが願い事リストのトップにあることを明らかにしている。そしていま、わたしたちはその願いをかなえる技術をとうとう手に入れたのである。

※『WIRED』による宇宙関連の記事はこちら

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空港の騒音を減らすには、飛行機の「着陸方法」を改善する:スイスで始まったテストの成果は?

空港の騒音問題を軽減しようと、飛行機の着陸方法を改善する実験をドイツとスイスの研究機関が開始した。パイロットに着陸時の経路や操作のタイミングを細かく指示することで、騒音を大幅に低減できることが期待できるのだという。

TEXT BY ALEX DAVIES
TRANSLATION BY MAYUMI HIRAI/GALILEO

WIRED (US)

Zurich

飛行機が着陸するときに騒音が少なくなる着陸手法を探る試験がチューリッヒ空港で実施された。ANDREAS HAAS/GETTY IMAGES

飛行機のコックピットでの仕事に個性を発揮できる余地は、それほどない。航空会社のパイロットたちは同じユニフォームを身に着け、同じ手順に従い、話す言葉さえ同じだ。そして今度は、ドイツとスイスの研究チームが、同じように着陸することを望んでいる。

その着陸方法とは、フラップを出してランディングギア(着陸装置)を下げる操作を、できるだけ遅くするための指示に従うというものだ。そのほうが安全だったり速かったりするという理由ではない。音が静かになるという理由である。

すでに騒音低減の大きな実績も

ドイツ航空宇宙センター(DLR)は2019年9月初旬の5日間、センターが所有する「エアバスA320」をチューリッヒ空港の「滑走路14」に計約90回着陸させるよう、25人のパイロットに依頼した。このエアバスA320は、一連のテスト装置を搭載できるように改造されたもので、今回の調査用に使用する電子ディスプレイも追加されていた。

このディスプレイには、巡航高度から1,000フィート(約300m)まで可能な限り小さな騒音で降下するために、飛行機の装備品をいつどのように設定するか、パイロットに厳密な指示が表示される。さらに、パイロットがエンジンを使う時間も制限されるため、燃料消費が減少する。

研究チームは、あらゆる着陸を静かにさせようと考えているわけではない。望んでいるのは、特に騒音が大きい操縦をなくすことだ。今回のプロジェクトでドイツ航空宇宙センターと協力しているスイス連邦材料試験研究所の音響研究所を運営するジャン=マルク・ヴンデリは、「多くのパイロットはすでに非常にうまくやっています」と語る。

フランクフルトで16年に実施された同様のテストで、ヴンデリのチームは最大40デシベルの音量低下を記録している。これは大まかに言うと、削岩機がヘアドライヤーになったほどの音の違いになる。

9月に実施されたテストの結果をヴンデリが入手するのは20年の春になるが、飛行機の騒音を抑えるためであれば、空港はどのような方法でも歓迎すると思われる。住民にとって飛行機の離着陸音は、当然ながら不愉快なものだ。特に、その音によって目が覚めてしまったり、寝かしつけたばかりの赤ちゃんが起きてしまったりすると腹が立つ。

「望まない音」で生じるストレスの重大性

ある研究は、「望まない音」によって生じるストレスは、子どもの成績の低下や、空港の近くに住む人々が心臓病を発症するリスクと関連があるとしている。カリフォルニア州のロングビーチ空港をはじめとする複数の空港が、午後10時以降に着陸した飛行機の航空会社に罰金を科し、発着枠の取り消しをちらつかせるのはそのためだ。14年には、米連邦航空局(FAA)が設定した新しい飛行経路が米国文化財保護法に違反したとして、アリゾナ州フェニックス市がFAAを提訴している。

ロンドンのヒースロー空港では、地面近くでの滞空時間が短くなるよう、降下角度を急にすることをパイロットたちに要請している。海抜が低く、平らな地形が何マイルにもわたって続くアムステルダムのスキポール空港では、騒音をそらせるための畝を築くことで、航空機の轟音が伝わらないようにしている。畝を築く際には、無人操縦の油圧掘削機が活躍している。

ドイツ航空宇宙センターでは、裁判所に出頭したり、油圧掘削機を用意したりする代わりに、パイロットたちができるだけ滑らかに着陸のための進入を行うことを望んでいる。ここで難しいのは、パイロットたちに過剰な負担を負わせることなく指示に従ってもらうことだ。

職業パイロットでもある航空コンサルタントのダグ・モスは、「着陸のための進入は、最も作業負荷が高く、最も忙しいときです」と指摘する。パイロットたちは、風や視界の状況、飛行機の重量、タキシング(自らの動力で地上を移動すること)で向かうことになるゲートなど、数多くのことを考慮しなければならない。最も重要な目標は、安全に地面に降り立つことだ。

「パイロットたちは2番目や3番目の問題に気を遣うことを望みません」と、モスは言う。「そこにもうひとつ加えると、わたしたちの仕事はさらに難しいものになります」

数多くの変動要因

ドイツ航空宇宙センターのチームも、そのことは十分に認識している。チューリッヒで実施したテストは、この方法で騒音が少なくなることの証明よりも、パイロットたちが追加情報に対処できるかどうかの確認が目的だった。

チューリッヒでのテストには、アルプス山脈上空の航行という課題が追加される。パイロットたちは北から進入したが、そのためには飛行最後の数分間に2回旋回する必要がある。飛行機の進入時には、飛行経路に沿って地上に設置された7台のマイクがA320を追跡した(マイクには電源のソーラーパネルと鳥を追い払うためのスクリーンが備わっていた)。

少なくともこのテストを実施したグループでは、コックピットに追加したディスプレイは問題にならなかったようだ。プロジェクトを指揮したドイツ航空宇宙センターの宇宙工学技術者ホルガー・デューダは、「パイロットたちの反応は非常に肯定的でした」と語る。

データの負荷が過剰になる危険は別として、滑らかで静かな経路で着陸することについてはパイロットたちもおおむね賛成するだろう。だが、常にそう考えるわけではないと、航空コンサルタントのモスは言う。

航空管制官たちは、ひとつの空港で最大数の飛行機を離発着させるために飛行機の経路を頻繁に調整するが、このような調整は騒音や効率の改善にはならない。結局のところ、飛行機の操縦には数多くの変動要因が関係し、それらはすべて相互につながっているのだ。

ペンシルヴェニア州立大学で航空機騒音の心理音響学を研究し、「NoiseQuest」というウェブサイトを運営しているキャスリーン・ホジドンは、「バランスをとるのは難しいことです」と語る。「騒音、効率、燃料の燃焼、地域への影響などを全体的に考慮して対応することになります」

チューリッヒでのテストで肯定的な結果が得られれば、業界のサプライヤーやエアバスなどの企業と協力して、コックピットへのデータ供給をさらにスムーズに統合したいと研究チームは考えている。飛行を(かなり)静かなものにすることで、地上にいる人々に平穏をもたらしたいと考えているのだ。

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