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宇宙飛行の未来の予測: 火星の植民地化とスター・ウォーズ。宇宙探査は私たちの未来宇宙に興味がある人のための未来

宇宙飛行の未来の予測: 火星の植民地化とスター・ウォーズ。宇宙探査は私たちの未来宇宙に興味がある人のための未来

どうしたの？ベトナム戦争、ウォーターゲート事件など、さまざまな問題があります。しかし、根本に目を向けて、一時的で取るに足らないものをすべて取り除くと、実際には理由が 1 つあることがわかります。それはお金です。

私たちは時々、宇宙旅行は非常に高価であることを忘れてしまいます。たった 1 ポンドの物を地球周回軌道に投入するだけでも 10,000 ドルかかります。ジョン・グレンの等身大の純金像を想像していただければ、そのようなプロジェクトにかかる費用がいくらかわかるでしょう。月に行くには、ペイロード1ポンドあたり約10万ドルが必要になります。火星への飛行には1ポンド（ほぼダイヤモンドの重さ）あたり100万ドルの費用がかかります。

そして 1960 年代には、価格の問題は事実上考慮されなくなり、ロシアとの宇宙開発競争の一般的な熱意と成長によってすべてが賄われました。勇敢な宇宙飛行士たちの目覚ましい成果は、特に両国が国家の名誉を維持するためにあらゆる手段を講じることをいとわなかったため、宇宙飛行の費用を相殺した。しかし、超大国であっても、そのような負荷に何十年も耐えることはできません。

全部悲しいよ！アイザック・ニュートン卿が初めて運動法則を書き留めてから 300 年以上が経過しましたが、私たちは依然として単純な計算に魅了されています。物体を地球低軌道に投げ込むには、秒速 7.9 km まで加速する必要があります。物体を惑星間旅行に送り、地球の重力場を越えて移動させるには、物体に 11.2 km/s の速度を与える必要があります (そして、この魔法の数字である 11.2 km/s を達成するには、ニュートンの力学第 3 法則を使用する必要があります) : すべての動作は同等の反応を生成します。これは、風船を膨らませてバルブを放すと部屋の周りを飛び回るのとほぼ同じように、ロケットが加速して高温のガスを反対方向に飛ばすことができることを意味します)。ニュートンの法則を使った宇宙旅行はまったく難しいことではありません。私たちが太陽系を探索することを妨げる自然法則（物理法則も工学法も）は一つもありません。すべてはコストの問題です。

しかし、これでは十分ではありません。ロケットは燃料を搭載する必要があるため、負荷が大幅に増加します。飛行機は、大気中から酸素を取り込み、エンジンに供給することで、この問題を部分的に回避できます。しかし、宇宙には空気がないため、ロケットは酸素と水素をすべて一緒に運ばなければなりません。

この事実が宇宙旅行を非常に高価な楽しみにするという事実に加えて、私たちがロケットパックや空飛ぶ自動車を持たない主な理由でもあります。 SF作家（ただし科学者ではない）は、みんながロケットパックを背負って飛行機で仕事に行く日、あるいは家族で空飛ぶ車に乗って日曜日のピクニックに出かける日を想像するのが大好きだ。人々は、未来学者の予測が決して現実にならないため、彼らに失望することがよくあります。 (だからこそ、「私のジェットパックはどこ?」のような皮肉なタイトルの記事や本がたくさん出回っているのです。) しかし、その理由を理解するには、簡単な計算をするだけです。ロケットパックは存在します。実際、ナチスは第二次世界大戦中にそれらを使用しようとさえしました。しかし、このような場合に一般的な燃料である過酸化水素はすぐになくなるため、ロケットパックでの平均飛行時間はわずか数分しかありません。同様に、ヘリコプターのローターを備えた空飛ぶ自動車は非常に多くの燃料を消費するため、一般の人にとっては高価すぎます。

月面プログラムの終了

現在、有人宇宙探査の将来が非常に不確実であるように見える原因は、宇宙旅行の高騰にある。ジョージ・W・ブッシュは大統領として、2004年に宇宙計画の明確だがかなり野心的な青写真を提示した。まず、スペースシャトルは2010年に退役し、2015年までにコンステレーションと呼ばれる新しいロケットシステムに置き換えられる予定だった。第二に、2020年までに月に帰還し、最終的には地球の衛星上に恒久的な居住基地を設立することが計画されていました。第三に、これらすべては火星への有人飛行への道を開くはずでした。

しかし、ブッシュ計画が提案されて以来、宇宙の経済学は大きく変化しました。これは主に大不況により将来の宇宙旅行の財布の紐が空になったためです。オーガスティン委員会がバラク・オバマ大統領に宛てた2009年の報告書では、当初の計画は利用可能な資金レベルでは実現不可能であることが判明した。 2010年、オバマ大統領はスペースシャトル計画と、月への帰還への道を開くスペースシャトル代替機の開発の両方を同時に終了するという現実的な措置を講じた。近い将来、NASAは宇宙飛行士を宇宙に送り出すための独自のロケットを持たず、ロシアに頼らざるを得なくなるだろう。一方で、この状況は、有人宇宙計画の継続に必要なロケットを製造する民間企業の努力を刺激しています。 NASAは輝かしい過去を捨て、有人計画のためのロケットを二度と製造しないだろう。オバマ計画の支持者らは、これは民間のイニシアチブが優先される宇宙探査の新時代の始まりを示すものだと主張している。批評家らは、この計画はNASAを「目的のない機関」に変えるだろうと主張している。

小惑星に着陸する

オーガスティン委員会の報告書は、いわゆる柔軟な軌道を提案しており、その中には、途方もない量のロケット燃料消費を必要としない、いくつかのかなり控えめな目標が含まれている。例えば、たまたま地球を通り過ぎて近くにある小惑星への旅行や、地球への旅行などである。火星の衛星。報告書は、標的の小惑星が単にまだ私たちの地図に載っていない可能性があることを示しました。おそらくそれは、近い将来発見される未知の放浪天体である可能性があります。

問題は、月、特に火星への着陸と離陸と帰還のためのロケット燃料が法外に高価になることである、と委員会の報告書は指摘している。しかし、小惑星と火星の衛星の重力場は非常に弱いため、必要な燃料は何倍も少なくなります。オーガスティンの報告書はまた、ラグランジュ点、つまり地球と月の重力が相互に補償される宇宙空間の場所を訪問する可能性にも言及した。 (これらの地点が宇宙のゴミ捨て場として機能している可能性は十分にあります。そこには、太陽系によって収集され、地球の近くで見つかったすべての破片が古代から蓄積されています。宇宙飛行士はそこで、地球の形成に遡る興味深い石を見つけることができるでしょう。地球と月のシステム。)

実際、小惑星の重力場は非常に弱いため、小惑星への着陸は低コストの作業です。 (これは、一般に小惑星が丸くなく、不規則な形をしている理由でもあります。星、惑星、衛星など、宇宙にあるすべての大きな天体は、重力によって均等に中心に向かって引っ張られるため、丸いです。惑星の形の不規則性は徐々に滑らかになります。しかし、小惑星にかかる重力は非常に弱いため、小惑星を球状に圧縮することはできません。)

このような飛行の可能性のある目標の1つは、2029年に地球に危険なほど接近する小惑星アポフィスである。直径約300メートル、大きなサッカー場ほどの大きさのこの岩は、地球のすぐ近くを通過するため、人工衛星の一部が外に取り残されることになる。私たちの惑星との相互作用により小惑星の軌道が変化し、運が悪ければ 2036 年に再び地球に戻ってくる可能性があります。帰還時に地球に到達する可能性はわずか（10万分の1）ですらあります。これが実際に起こった場合、その影響は広島型原爆10万発分に相当します。同時に、火災竜巻、衝撃波、高温の破片により、フランスと同じ広さの地域が完全に破壊される可能性があります。 (比較のために: 1908 年、シベリアのポドカメンナヤツングースカ川近くに、おそらくアパートの建物ほどの大きさの、はるかに小さな物体が落下し、広島型原爆 1,000 発分の威力で爆発し、2,500 平方キロメートルの森林が伐採されました。この衝撃波により、爆発は数千キロの距離でも感じられた。さらに、この落下により、アジアとヨーロッパの空に異常な輝きが生じ、ロンドンでは夜の路上で新聞を読むことができたほどだった。）

いずれにしても小惑星は非常に近くを飛行するはずなので、アポフィスへの訪問はNASAの予算にとってそれほど大きな負担にはならないだろうが、着陸は問題になるかもしれない。小惑星の重力場が弱いため、船は従来の意味で小惑星に着陸する必要はなく、ドッキングする必要がある。さらに、回転が不均一であるため、着陸前にすべてのパラメータを正確に測定する必要があります。一般に、小惑星がどれほど硬いかを知るのは興味深いでしょう。一部の科学者は、それは単に弱い重力場によって結合された岩石の山ではないかと考えています。他の人はそれがしっかりしていると感じます。いつか、小惑星の密度に関する知識が人類にとって不可欠であることが判明するかもしれません。いつか核兵器を使って小惑星を粉々に砕かなければならない日が来るかもしれない。宇宙空間を飛んでいる石の塊が、粉々に砕けるのではなく、いくつかの大きな破片に分かれた場合、地球への落下は、小惑星全体の落下よりもさらに危険である可能性があります。小惑星が地球に近づく前に、小惑星を少し動かして軌道を少し変える方が良いかもしれません。

火星の衛星に着陸

アウグスティヌス委員会は火星への有人飛行を推奨しなかったが、火星の衛星フォボスとダイモスに宇宙飛行士を派遣するという、別の非常に興味深い可能性が残されている。これらの衛星は地球の月よりもはるかに小さいため、小惑星と同様に非常に弱い重力場を持っています。火星の衛星への訪問には、比較的安価であることに加えて、他にもいくつかの利点があります。

1. 第一に、これらの衛星は一時的な宇宙ステーションとして使用できる可能性があります。それらから、表面に降りることなく、あまり費用をかけずに惑星を分析することができます。

2. 第二に、いつか火星探検の中間段階として役立つかもしれない。フォボスから火星の中心までは 10,000 km 未満なので、そこからわずか数時間で飛行できます。

3. これらの衛星にはおそらく洞窟があり、恒久的な居住可能な基地を組織し、隕石や宇宙放射線から保護するために使用できる可能性があります。特にフォボスにはスティックニーと呼ばれる巨大なクレーターがあります。これは衛星をほぼ分裂させた巨大隕石の衝突の痕跡と考えられる。しかし、徐々に、重力によって破片が元に戻り、衛星が復元されました。おそらく、この遠い昔の衝突の後、フォボスには多くの洞窟や亀裂が残ったのでしょう。

月に戻る

オーガスティンの報告書は月への新たな遠征についても言及しているが、それは宇宙計画への資金が増額され、今後10年間で少なくとも300億ドル以上がこの計画に割り当てられる場合に限られる。このような可能性は非常に低いため、月計画は少なくとも今後数年間は基本的に終了したと考えられます。

キャンセルされた月計画は「コンステレーション」と呼ばれ、いくつかの主要なコンポーネントを含んでいた。まず、アレス V ロケットがあります。これは、1970 年代初頭のサターンの引退以来、最初の米国の超重量ロケットです。 2つ目は、大型ロケット「アレスI」と宇宙船「オリオン」で、6人の宇宙飛行士を地球近くの宇宙ステーションに、または4人の宇宙飛行士を月に運ぶことができる。そして最後に、実際には月の表面に降下する予定だったアルタイル着陸モジュールです。

船を横向きに設置するシャトルの設計には、飛行中にキャリアの断熱フォームの破片が失われる傾向があるなど、いくつかの重大な欠点がありました。コロンビア宇宙船にとって、これは大惨事となった。7人の勇敢な宇宙飛行士を連れて地球に帰還する際に機体は炎上した。そしてすべては、打ち上げ中に外部燃料タンクから引きはがされた発泡断熱材の一部が衝突したためだった。翼の端にパンチで穴を開けました。再突入の際、高温ガスがコロンビア号の船体に突入し、内部にいた全員が死亡し、船は破壊されました。居住モジュールがロケットの上部に直接設置されることになっていたコンステレーション計画では、そのような問題は発生しなかったでしょう。

マスコミはコンステレーション計画を「ステロイドを使ったアポロ計画」と呼びました。それは 1970 年代の月計画を非常に思い出させます。アレス I ロケットの長さは、サターン V の 112.5 m に対して、ほぼ 100 m になるはずでした。このロケットはオリオン有人宇宙船を宇宙に打ち上げ、時代遅れのシャトルに取って代わると考えられていた。アルタイルモジュールを打ち上げて月への飛行に燃料を供給するために、NASAは高さ118メートルで188トンの貨物を地球低軌道に輸送できるアレスVロケットを使用する予定でした。アレス V ロケットは、月や火星へのあらゆるミッションの基礎となる予定でした。 (Ares の開発は停止しましたが、将来の使用のためにプログラムから少なくとも何かを保存しておくとよいでしょう。これについては話があります。)

恒久的な月面基地

オバマ大統領はコンステレーション計画を終了することで、いくつかの選択肢を残した。オリオン宇宙船は、アメリカの宇宙飛行士を再び月に連れて帰ってくるはずだったが、国際宇宙ステーションの救命船と考えられ始めた。おそらく将来、経済が危機から回復したら、他の政権が月面基地建設プロジェクトを含む月計画に復帰したいと考えるだろう。

月に恒久的に居住可能な基地を確立するには、必然的に多くの障害に直面することになります。その最初のものは微小隕石です。月には空気がないので、空から石が何の妨げもなく月の表面に落ちてきます。これは、長年にわたる隕石衝突の痕跡が完全に点在する衛星の表面を見るだけで簡単に確認できます。そのうちのいくつかは数十億年前のものです。

何年も前、私がカリフォルニア大学バークレー校の学生だったとき、私はこの危険を自分の目で見ました。 1970年代初頭に宇宙飛行士によって持ち込まれた。月の土壌は科学界に大きなセンセーションを巻き起こしました。私は月の土壌を顕微鏡で分析している研究室に招待されました。最初、私は石を見ました - 私にはまったく普通の石のように見えました（月の石は地球の石に非常に似ています）、しかし顕微鏡を通して見るとすぐに...私はショックを受けました！岩全体は小さな隕石クレーターで覆われており、その中にはさらに小さなクレーターも見られました。こんなことは今まで見たことがありません。大気のない世界では、時速 60,000 km 以上の速度で衝突するほんの小さな塵でも簡単に人を殺すことができ、殺せなかったとしても宇宙服に穴を開けてしまう可能性があることに気づきました。 (科学者たちは、微小隕石との衝突をシミュレーションできるため、微小隕石によって引き起こされる甚大な被害を想像しています。そのような衝突の性質を研究するために特別に設計された研究所には、金属球を猛スピードで発射できる巨大な銃が備えられています。)

考えられる解決策の 1 つは、月面下に月面基地を建設することです。古代、月は火山活動が活発であったことが知られており、宇宙飛行士は地下深くにある溶岩洞を発見できるかもしれません。（溶岩洞は、深層にある洞窟のような構造物やトンネルを食い破った古代の溶岩流の痕跡です。）2009年、天文学者たちは実際に、月面に超高層ビルサイズの溶岩洞を発見しました。この溶岩洞は、月面の恒久的な基地の基礎となる可能性があります。

このような自然の洞窟は、宇宙線や太陽フレアから安価に宇宙飛行士を守ることができる可能性がある。大陸の端から端まで (たとえば、ニューヨークからロサンゼルスまで) 飛行しているときでも、私たちは 1 時間あたり約 1 ミリバールのレベル (歯医者での X 線に相当) の放射線にさらされます。月では、放射線が非常に強いため、基地の居住区を地表の奥深くに設置しなければならない可能性があります。大気のない環境では、太陽フレアや宇宙線の致命的な雨が宇宙飛行士を早期老化やガンの直接の危険にさらすことになる。

無重力状態も、特に長期間にわたって問題となる。オハイオ州クリーブランドにあるNASAの訓練センターでは、宇宙飛行士を対象にさまざまな実験が行われている。特殊なハーネスを使用して被験者が水平姿勢で吊り下げられ、垂直に設置されたトレッドミル上で走行しているのを見たことがある。科学者たちは、無重力状態での被験者の持久力を測定しようとしました。

NASA の医師と話した後、無重力状態は一見したよりもはるかに無害であることがわかりました。ある医師は、数十年にわたるアメリカの宇宙飛行士とロシアの宇宙飛行士の無重力状態での長期飛行で、無重力状態では人体、筋肉組織、骨、心血管系に重大な変化が起こり、心臓血管系が劣化することがはっきりとわかったと説明してくれた。私たちの体は、地球の重力場での何百万年もの発展の結果です。より弱い重力場に長時間さらされる条件下では、生物学的プロセスは失敗します。

ロシアの宇宙飛行士は、かろうじて這うことができるほど衰弱した無重力状態で約1年を経て地球に帰還する。宇宙では、毎日訓練を行っていても、筋肉は萎縮し、骨はカルシウムを失い、心血管系が弱体化します。飛行後は回復に数か月かかる場合もあり、一部の変化は元に戻せない場合もあります。火星への旅には2年かかる可能性があり、到着した宇宙飛行士は働くことができないほど衰弱しているだろう。 (この問題の解決策の 1 つは、惑星間船を回転させて船内に人工重力を作り出すことです。このメカニズムは、ロープの上でバケツを回転させるときと同じで、逆さの状態でもバケツから水は流れ出ません。しかし、回転を維持するには重くてかさばる機械が必要であり、重量が 1 ポンド増えるごとにプロジェクトコストが 10,000 ドル増加することを意味するため、これは非常に高価です。)

月の水

最近の発見の 1 つは、月のゲームの状況を大きく変える可能性があります。古代の氷が月で発見されました。これは、大昔の彗星との衝突から残っている可能性があります。 2009 年、NASA の月探査機 LCROSS とそのケンタウルス座上部ステージが月の南極近くに衝突しました。衝突速度はほぼ 2500 m/s でした。その結果、地表の物質が1キロメートル以上の高さまで噴出し、直径約20メートルのクレーターが出現した。テレビ視聴者は、この衝突で約束された美しい爆発が起こらなかったことにおそらく少しがっかりしたが、科学者は満足した。衝突は非常に有益であることが判明した。したがって、地表から放出された物質中には約 100 リットルの水が検出されました。そして 2010 年に、新たに衝撃的な声明が発表されました。月の物質では、質量の 5% 以上が水で構成されているため、おそらく月にはサハラ砂漠の一部の地域よりも多くの水分が存在します。

この発見は多大な影響を与える可能性がある。将来の宇宙飛行士は、月下の氷堆積物をロケット燃料の製造（水から水素を抽出することによる）、呼吸（酸素の抽出による）、防護（水は放射線を吸収するため）、および飲料のために利用できる可能性がある。もちろん、精製された形で）。したがって、この発見は、あらゆる月計画のコストを数倍削減するのに役立ちます。

得られた結果は、建設中および将来的に基地に供給する際に、宇宙飛行士が水やあらゆる種類の鉱物などの地元の資源を利用できるようになる可能性があることも意味するかもしれない。

ミッドセンチュリー

(2030–2070)

火星への飛行

2010年、フロリダを訪問したオバマ大統領は、月計画の終了を発表しただけでなく、その代わりに火星へのミッションを支持し、いつか宇宙飛行士を宇宙の深宇宙へ運ぶことができる、まだ詳細は不明の大型打ち上げロケットへの資金提供も支持した。月の軌道。彼は、おそらく2030年代半ばのいつか、アメリカの宇宙飛行士が火星の表面に足を踏み入れる日を待ちたいとほのめかした。バズ・オルドリンのような一部の宇宙飛行士は、まさに月を逃すという提案があったからこそ、オバマの計画を温かく支持した。オルドリンはかつて私に、アメリカ人はすでに月に行っているので、今となっては唯一の本当の成果は火星への飛行だ、と語った。

太陽系のすべての惑星の中で、何らかの生命がそこで誕生した可能性があるほど地球に似ているように見えるのは火星だけです。 (太陽に焦がされた水星は、私たちが知っているように、生命を維持するにはおそらく敵対的すぎる。巨大ガス惑星である木星、土星、天王星、海王星は生命を維持するには寒すぎる。金星は多くの点で地球の双子だが、より荒々しい温室効果気温は+500℃に達し、主に二酸化炭素からなる大気は地球の100倍の密度であり、空からは硫酸が降っているため、金星の表面を歩こうとすると窒息して圧死するだろう。そしてあなたの遺体は揚げられ、硫酸で溶解されます。）

一方、火星はかつてはかなり湿った惑星でした。そこには、地球と同じように、遠い昔に消滅した海や川がありました。現在、そこは凍りつき生命のいない砂漠となっている。しかし、かつて、何十億年も前に、火星に微小生命体が繁栄していた可能性はあります。温泉のどこかに細菌がまだ生息している可能性さえあります。

米国が火星への有人探検を実行することを固く決定しても、それを実行するにはさらに20～30年かかるだろう。しかし、人が月に行くよりも火星に行くのははるかに難しいことに注意する必要があります。火星を月と比較すると、複雑さにおいて質的な飛躍があります。月までは 3 日で飛べますが、火星までは半年から 1 年かかります。

2009 年 7 月、NASA の科学者は、実際の火星探査がどのようなものになるかを推定しました。宇宙飛行士は火星まで約6か月間飛行し、その後火星で18か月間過ごし、さらに6か月間戻ってくる予定だ。

合計で約 700 トンの機器を火星に送る必要があります。これは、1,000 億ドルの費用がかかる国際宇宙ステーションよりも多くなります。食料と水を節約するために、火星での旅行や作業中に、宇宙飛行士は自分の老廃物を浄化し、それらを植物の肥料として使用する必要があります。火星には酸素も土壌も水も動物も植物も存在しないため、すべてを地球から持ってくる必要があります。ローカルリソースを使用することはできなくなります。火星の大気はほぼ二酸化炭素で構成されており、大気圧は地球のわずか 1% です。スーツに穴があると、圧力が急激に低下し、死亡する可能性があります。

遠征は非常に複雑なので、いくつかの段階に分けなければなりません。地球からの帰りに燃料を運ぶには費用がかかりすぎるため、惑星間飛行体に燃料を補給するために燃料を積んだ別のロケットを火星に送らなければならない可能性がある。 (あるいは、火星の氷から十分な酸素と水素を抽出できれば、ロケット燃料として使用できる可能性があります。)

火星に到着したら、宇宙飛行士はおそらく、別の惑星での生活に適応するために数週間を費やす必要があるだろう。昼と夜の周期は地球とほぼ同じですが (火星の 1 日はわずかに長く、24.6 時間です)、火星の 1 年は地球の 2 倍です。気温が氷点下になることはほとんどありません。そこでは激しい砂嵐が吹き荒れています。火星の砂はタルクのように細かく、砂嵐がしばしば惑星全体を覆います。

テラフォーマーズ?

今世紀半ばまでに宇宙飛行士が火星を訪れ、そこに原始的な基地を設立すると仮定しましょう。しかし、これでは十分ではありません。一般的に言えば、人類は火星のテラフォーミング、つまり生命にとってより快適な惑星に変えるプロジェクトを真剣に検討することになるだろう。このプロジェクトの作業は、せいぜい 21 世紀の終わり、おそらくは次の世紀の初めに始まるでしょう。

科学者たちは、火星をより住みやすい場所にするためのいくつかの方法をすでに検討しています。おそらく最も単純なのは、火星の大気中にメタンまたは別の温室効果ガスを追加することです。メタンは二酸化炭素よりも強力な温室効果ガスであるため、メタン大気は太陽光を閉じ込め、惑星の表面を徐々に温めます。気温は氷点下まで上昇します。メタンに加えて、アンモニアやフロンなどの他の温室効果ガスも選択肢として検討されています。

気温が上昇すると、数十億年ぶりに永久凍土が溶け始め、川の水路が再び水で満たされるようになる。時間が経つにつれて、大気の密度が濃くなるにつれて、火星には湖や海さえも再び形成される可能性があります。その結果、さらに多くの二酸化炭素が放出され、正のフィードバックループが発生します。

2009年、火星の表面からメタンが自然に放出されていることが発見された。このガスの発生源はまだ謎です。地球上では、メタンは主に有機物質の崩壊から発生しますが、火星では、いくつかの地質学的プロセスの副産物である可能性があります。科学者がこのガスの発生源を突き止めることができれば、おそらくガスの発生量を増やすことができ、それによって地球の大気を変えることができるでしょう。

もう一つの可能性は、火星の大気圏に彗星を送り込むことだ。太陽から十分遠く離れた彗星を迎撃することが可能であれば、たとえ小さな衝撃（特殊なロケットエンジンからの推進、宇宙船との直角衝突、あるいはこの装置の重力だけでも）でも十分かもしれません。必要に応じて宇宙船の軌道を変更します。彗星は主に水で構成されており、太陽系には彗星がたくさんあります。 (たとえば、ハレー彗星の核は直径約 30 km のピーナッツのような形をしており、主に氷と岩石で構成されています。)彗星が火星に近づくと、大気との摩擦が生じ始め、ゆっくりとばらばらになり、放出されます。水は水蒸気の形で地球の大気中に放出されます。

適切な彗星が見つからない場合は、木星の氷衛星の 1 つ、またはたとえばケレスなどの氷を含む小惑星 (科学者らは彗星は 20% が水で構成されていると考えています) を代わりに使用する可能性があります。もちろん、そのような天体は原則として安定した軌道にあるため、月や小惑星を必要な方向に向けることはさらに困難になります。そして、選択肢は 2 つあります。指定された彗星、月、小惑星を火星の軌道上に残し、ゆっくりと崩壊して水蒸気を大気中に放出するか、この天体を火星のいずれかに落下させることが可能です。火星の極冠。火星の極地は、夏の間は消滅する凍った二酸化炭素と、基礎を形成し決して溶けない氷です。彗星、月、小惑星が氷冠に衝突すると、膨大なエネルギーが放出され、ドライアイスが蒸発します。温室効果ガスは大気中に侵入し、火星の地球温暖化のプロセスを加速します。このオプションでは、正のフィードバックも発生する可能性があります。地球の極地から放出される二酸化炭素が多ければ多いほど、気温は上昇し、したがってさらに多くの二酸化炭素が放出されることになります。

もう一つの提案は、極地の氷床で数発の核爆弾を爆発させるというものだ。この方法の欠点は明らかです。放出された水には放射性物質が含まれる可能性があります。あるいは、極地の氷を溶かす熱核反応炉をそこに建設してみることもできます。

核融合炉の主な燃料は水であり、火星には凍った水が大量に存在します。

気温が氷点以上に上昇すると、地表に浅い水域が形成され、地球の南極で繁栄するある種の藻類がそこに定着する可能性があります。彼らはおそらく、95％が二酸化炭素である火星の大気を好むでしょう。可能な限り早く成長するように藻類を遺伝子組み換えすることも可能です。藻類の池は、いくつかの方法でテラフォーミングを加速します。まず、藻類は二酸化炭素を酸素に変換します。第二に、火星の表面の色が変化し、それに応じてその反射率も変化します。表面が暗いほど、より多くの太陽放射を吸収します。第三に、藻類は外部からの助けがなくても自然に成長するため、地球上の状況を変えるこの方法は比較的安価です。第四に、藻類は食物として利用できる。時間の経過とともに、これらの藻類の湖には表土と栄養素が蓄積されます。植物はこれを利用して酸素生成をさらに加速できます。

科学者らはまた、太陽光を集めて火星の表面に導く人工衛星で火星の周囲を囲む可能性も検討している。このような衛星は、単独でも火星の表面の温度を氷点以上に上昇させることができる可能性があります。これが起こって永久凍土が溶け始めるとすぐに、地球は自然に自然に温暖化します。

経済的利益？

幻想にとらわれて、月と火星の植民地化が直ちに人類に数え切れないほどの経済的利益をもたらすなどと考えるべきではありません。 1492 年にコロンブスが新世界に航海したとき、彼は歴史上前例のない宝物へのアクセスを開きました。すぐに、征服者たちは、地元のインディアンから略奪した金を、新たに発見された場所から故郷と入植者に、貴重な原材料や農産物として大量に送り始めました。新世界への遠征費用は、そこで見つかる無数の宝物によって十分に相殺されました。

しかし、月と火星の植民地は別の問題です。空気、液体の水、肥沃な土壌がないため、必要なものはすべてロケットで地球から運ばなければなりませんが、これには信じられないほどの費用がかかります。さらに、少なくとも短期的には、月を植民地化することに特別な軍事的意味はありません。地球から月に往復するのに平均 3 日かかりますが、核戦争は最初の大陸間弾道ミサイルが発射された瞬間から最後の爆発まで、わずか 1 時間半で始まり、終わります。月からの宇宙騎兵隊には、地球上の出来事に実際に参加する時間がありません。その結果、国防総省は月を軍事化するための主要な計画に資金を提供していない。

これは、他の世界を探索する大規模な作戦は、地球ではなく新たなスペースコロニーの利益を目的とすることを意味します。入植者は、金属やその他の鉱物を地球から（地球へも）輸送するには費用がかかりすぎるため、自分たちの必要に応じて金属やその他の鉱物を採掘する必要があります。小惑星帯での採掘は、採掘された物質を自分たちで使用できる自給自足のコロニーが存在する場合にのみ経済的に実行可能となり、それが実現するのは良くても今世紀末、あるいはもっと遅くなる可能性が高い。

宇宙旅行

しかし、一般の民間人はいつ宇宙に飛べるようになるのでしょうか？プリンストン大学の故ジェラルド・オニールなど一部の科学者は、居住可能な区画、浄水工場、空気再生区画などを収容する巨大な車輪の形をしたスペースコロニーを夢見ていた。そのようなステーションの意味は -人口過剰の問題を解決するために。しかし、21世紀になっても、スペースコロニーがこの問題を解決、あるいは少なくとも軽減できるという考えは依然として幻想のままだ。人類のほとんどにとって、少なくともあと 100 ～ 200 年は地球が唯一の故郷となるでしょう。

しかし、一般の人が実際に宇宙に飛び立つ方法はまだあります。それは観光客としてです。 NASAのひどい非効率性と官僚主義を批判し、市場メカニズムが民間投資家による宇宙旅行のコスト削減に役立つと信じて、自ら宇宙技術に投資する用意がある起業家もいる。バート・ルータンと彼の投資家は、2週間以内にSpaceShipOneを地表100km強まで2回打ち上げ、2004年10月4日にすでに1000万ドルのアンサリX賞を獲得していた。 SpaceShipOne は、民間資金を使用して宇宙旅行に成功した最初のロケット船です。開発費は約 2,500 万ドルでした。融資の保証人はマイクロソフトの億万長者ポール・アレン氏だった。

現在、SpaceShipTwo 宇宙船はほぼ準備が整っています。ルータン氏は、間もなく試験を開始できるようになり、その後、商用宇宙船が現実になるだろうと信じている。ヴァージンアトランティック航空の億万長者リチャードブランソン氏は、ニューメキシコ州に宇宙港を建設し、宇宙に行くという彼の生涯の夢を実現するために 20 万ドルを費やすことをいとわない人々の長いリストを備えたヴァージンギャラクティックを設立しました。宇宙への商業飛行を提供する最初の大手企業となる可能性が高いヴァージン・ギャラクティック社は、すでにスペースシップツー船5隻を発注している。すべてが計画通りに進めば、宇宙旅行の費用は10分の1に下がるでしょう。

SpaceShipTwo では、費用を節約する方法をいくつか提供しています。地球からペイロードを直接宇宙に打ち上げるように設計された巨大な打ち上げロケットを使用する代わりに、ルータンは宇宙船を飛行機に乗せ、従来の大気圏用ジェットエンジンを使って推進させます。この場合、大気中の酸素を使用する。その後、地上約16kmの高度で船は航空機から分離され、独自のジェットエンジンを始動します。この船は地球低軌道に入ることができませんが、船に蓄えられた燃料は地表から 100 キロメートル以上上空まで上昇するのに十分な量であり、そこまで大気はほとんどなく、乗客は徐々に空が黒くなっていくのを見ることができます。エンジンは船を M=3 に相当する速度、つまり音速の最大 3 倍 (約 3500 km/h) まで加速することができます。もちろん、これは軌道に乗せるのに十分ではありません（ここでは、すでに述べたように、少なくとも28,500 km/hの速度が必要であり、これは7.9 km/sに相当します）が、乗客を目的地まで運ぶには十分です。地球の大気と宇宙の端。非常に近い将来、宇宙への観光飛行の費用がアフリカのサファリと同じくらいになる可能性は十分にあります。

(ただし、地球を飛び回るには、さらに多くのお金を払って宇宙ステーションに乗らなければなりません。私はかつてマイクロソフトの億万長者チャールズ・シモニーに、ISS への航空券の値段を尋ねたことがあります。報道によると、この数字は 2,000 万ドルとひっくり返されました。「正確な金額は言いたくないが、新聞報道はそれほど間違ってはいないと彼は答えた。彼は宇宙がとても気に入ったので、少し後に再びステーションに飛んだ。だから、宇宙旅行は、たとえ宇宙旅行であっても」と答えた。近い将来、それは非常に裕福な人々の特権であり続けるでしょう。）

2010年9月、宇宙旅行はボーイング社からさらなる後押しを受け、同社はこの市場への参入を発表し、早ければ2015年にも宇宙旅行者向けの最初の飛行を計画している。これは、有人宇宙飛行を民間に移管するというオバマ大統領の計画と全く一致しているだろう。手。ボーイングの計画では、宇宙旅行者向けに4人の乗組員と3つの空席を乗せたカプセルをケープカナベラルから国際宇宙ステーションに打ち上げる予定だ。しかし、ボーイングは民間宇宙プロジェクトへの資金提供については非常に率直で、その資金のほとんどは納税者によって支払われることになる。「市場は不確実だ」と商業宇宙打上げプログラムのディレクター、ジョン・エルボン氏は言う。「あらゆるリスク要因を考慮すると、ボーイングの資金だけに頼らなければならないとしたら、訴訟を無事に完了することはできないだろう。」

ダークホース

宇宙旅行の極めて高額な費用が商業と科学の進歩を妨げているため、人類は現在、まったく新しい革新的なテクノロジーを必要としています。今世紀半ばまでに、科学者や技術者は打ち上げコストを削減するために新しい打ち上げロケットを完成させなければなりません。

物理学者のフリーマン・ダイソン氏は、多くの提案の中から、現在は実験段階にあるものの、いつかは一般人でも宇宙にアクセスできるようになるかもしれないいくつかの技術を挙げた。これらの提案はどれも成功を保証するものではありませんが、成功すれば宇宙に貨物を運ぶコストは大幅に下がるでしょう。これらの提案の最初のものは、レーザー推進システムです。外部ソース (たとえば地球) からの強力なレーザービームがロケットの基部に向けられ、そこで小さな爆発が引き起こされ、その衝撃波が爆発を引き起こします。動いているロケット。レーザーパルスの安定した流れが水を蒸発させ、その結果生じる蒸気がロケットを宇宙へと推進します。レーザージェットエンジンの主な利点は、そのエネルギーが外部源、つまり固定レーザーから得られることです。レーザーロケットは基本的に燃料を運びません。 (対照的に、化学ロケットは、自身のエンジン用の燃料を持ち上げて輸送することにエネルギーのかなりの部分を費やします。)

レーザー推進技術はすでに実験室で実証されており、1997 年にモデルのテストが成功しました。ニューヨークのレンセラー工科大学のレイク・ミラボ氏は、そのようなロケットの実用的なプロトタイプを作成し、それを軽量船技術のデモンストレーターと呼んだ。彼の最初の飛行モデルの 1 つは重さ 50 グラム、直径約 15 cm の「プレート」で、10 kW のレーザーがロケットの基部で一連のレーザー爆発を引き起こしました。空気衝撃波は加速度 2 g (地球上での自由落下の加速度の 2 倍、約 19.6 m/s 2) で加速し、機関銃の発砲を思わせる音を発しました。ミラボーのフレアは空中に 30 メートル以上上昇しました (1930 年代のロバートゴダードの最初の液体燃料ロケットとほぼ同等)。

ダイソンは、レーザー推進システムがわずか 1 ポンドあたり 5 ドルで重いペイロードを地球周回軌道に打ち上げることができ、確実に宇宙産業に革命を起こす日を夢見ています。彼は、2トンのロケットを軌道上に推進できる1,000メガワット（標準的な原子力装置の出力）の巨大なレーザーを構想しており、ペイロードと基部の水タンクで構成されています。水はタンクの底壁にある小さな穴からゆっくりと浸透します。積載量とタンクの重量は両方とも 1 トンです。レーザー光線がロケットの底部に当たると、水は瞬時に蒸発し、ロケットを宇宙へと推進する一連の衝撃波を生成します。ロケットは 3 g の加速を達成し、6 分後に地球低軌道に投入されます。

ロケット自体は燃料を積んでいないため、キャリアが壊滅的に爆発する危険はありません。化学ロケットの場合、スプートニク１号から５０年が経過した現在でも、失敗の確率は約１％だ。そして、これらの失敗は、通常、非常に印象的に見えます-酸素と水素が爆発して巨大な火の玉になり、破片が発射台に降り注ぎます。対照的に、レーザーシステムはシンプルで安全で、非常に短い間隔で複数回使用できます。動作に必要なのは水とレーザーだけです。

さらに、このシステムは時間の経過とともに元が取れます。年間50万機の宇宙船の打ち上げに使用されれば、打ち上げ費用は運用コストと開発・建設コストの両方を容易にカバーできるだろう。しかし、ダイソンは、この夢が実現するにはさらに 10 年かかることを理解しています。高出力レーザー分野の基礎研究には、どの大学が割り当てられるよりもはるかに多くの資金が必要となります。政府か大企業が開発に資金を提供しない限り、レーザー推進システムは決して構築されません。

ここで財団賞が非常に役に立ちます。私はかつて 1996 年にそれを設立したピーター・ディアマンディスと話したことがありますが、彼は化学ロケットの限界をよく知っていたことがわかりました。 SpaceShipTwo の場合でも、化学ロケットは重力の影響から逃れるための非常に高価な方法であるという事実に直面したと彼は認めました。その結果、次の X 賞は、エネルギービームで推進するロケットを作成できた人に与えられます。 (ただし、レーザービームの代わりに、レーザーに似た別の電磁エネルギービーム、つまりマイクロ波ビームを使用することになっています。)

この賞の話題や数百万ドルの賞金自体は、起業家や発明家の間でマイクロ波ロケットなどの非化学ロケットの問題への関心を呼び起こすのに十分な誘惑になるかもしれない。

他にも実験用ロケットの設計はありますが、その開発には別のリスクが伴います。オプションの 1 つは、ジュールヴェルヌの小説「地球から月へ」に登場する発射体のような、巨大な銃身から何らかの発射体を発射するガス大砲です。しかし、火薬では地球の重力場から逃れるのに必要な秒速 11 km まで加速できなかったため、バーンの発射体は月には到達しなかったでしょう。ガスガンでは、火薬の代わりに、長いチューブ内で高圧下で圧縮されたガスによって発射体が高速で押し出されます。シアトルのワシントン大学の故エイブラハム・ハーツバーグ氏は、直径約10センチ、長さ約10メートルのこのような銃の試作品を製作し、銃内部のガスはメタンと空気の混合物で、25気圧まで圧縮されている。ガスが点火され、発射体が銃身内で 30,000 g で加速され、ほとんどの金属物体が平らになります。

ハーズバーグはガス銃が使えることを証明した。しかし、発射体を宇宙に投げるためには、その砲身はさらに長く、約 230 m でなければなりません。さらに、さまざまなガスが砲身の加速軌道に沿って作用する必要があります。ペイロードが最初の脱出速度に達するためには、異なる作動ガスを使用してバレル内に 5 つのセクションを編成する必要があります。

ガスガンからの発射コストは、レーザーシステムを使用するよりもさらに低い場合があります。しかし、この方法で有人航空機を宇宙に打ち上げるのは危険すぎます。バレル内の激しい加速に耐えられるのは固体の荷重だけです。

3 番目の実験デザインは「スリンガトロン」です。スリングのように、荷物を回転させて空中に投げます。

このデバイスのプロトタイプは Derek Tidman によって作成されました。卓上モデルは数秒で物体を回転させ、最大 100 m/s の速度で投げることができます。スリンガトロンの試作品は、直径約1メートルのドーナツ型のチューブ。チューブ自体は直径約2.5cmで、小さな鋼球が入っています。ボールはリングチューブに沿って転がり、小型モーターがボールを押して加速させます。

本物のスリンガトロンは、地球低軌道に貨物を投げ込むことを任務としているが、そのサイズははるかに大きく、直径は約100キロメートルであるはずだ。さらに、ボールが 11.2 km/s に加速するまでエネルギーをボールに注入しなければなりません。スリンガトロンからボールは1000gの加速度で飛び出しますが、これもまた大きな加速度です。すべての荷重がそのような加速に耐えられるわけではありません。実際のスリンガトロンを構築するには多くの技術的問題を解決する必要がありますが、その中で最も重要なのはボールとチューブの間の摩擦を最小限に抑えることです。

名前が挙がった 3 つのプロジェクトをそれぞれ完成させるには、たとえ最良のシナリオであっても、政府または民間企業が資金調達を引き継いだ場合にのみ、十数年以上かかります。そうしないと、これらのプロトタイプは永遠に発明者のテーブルの上に残ることになります。

遠い将来

(2070–2100)

宇宙エレベーター

今世紀末までには、ナノテクノロジーの発展によって有名な宇宙エレベーターも実現可能になる可能性があります。人間は、豆の木に乗ったジャックのように、雲の上、そしてその向こうまで登ることができます。私たちはエレベーターに入り、「上へ」ボタンを押して、数千キロメートルの長さのカーボンナノチューブであるファイバーを登ります。このような新製品が宇宙旅行の経済学に革命をもたらし、すべてをひっくり返す可能性があることは明らかです。

1895 年、ロシアの物理学者コンスタンチン・ツィオルコフスキーは、当時世界で最も高い建造物であったエッフェル塔の建設に触発され、素朴な疑問を自問しました。「なぜ宇宙ほどの高さの塔を建てられないのか?」それが十分に高ければ、物理法則によれば、決して落下しないだろうと彼は計算した。彼はこの建物を「天の宮殿」と呼びました。

ボールを想像してみてください。紐の上でボールを回し始めると、遠心力がボールの落下を防ぐのに十分です。同様に、ケーブルが十分に長い場合は、端に取り付けられた重りが遠心力によって地面に落ちるのを防ぎます。地球の自転は、ケーブルを空に保つのに十分です。宇宙エレベーターのケーブルが天まで伸びれば、それに沿って移動できるあらゆる乗り物は安全に宇宙に行けるようになります。

理論上、このトリックはうまくいくようです。しかし、残念なことに、ニュートンの運動法則を適用してケーブルの張力を計算しようとすると、この張力は鋼鉄の強度を超えることがわかります。ケーブルは単純に破損してしまい、宇宙エレベーターは不可能になります。

何年も、あるいは何十年もの間、宇宙エレベーターのアイデアは忘れられるか、再び議論されてきましたが、結局同じ理由で再び拒否されました。 1957年、ロシアの科学者ユーリ・アルツタノフは、エレベーターを下から上ではなく、逆に上から下に建設するという独自のバージョンのプロジェクトを提案した。宇宙船を軌道に送り、そこからテザーを降下させることが提案された。あとは地面に固定するだけです。 SF 作家もこのプロジェクトの普及に貢献しました。アーサー・C・クラークは1979年の小説『天国の泉』で宇宙エレベーターを構想し、ロバート・ハインラインは1982年の小説『フリーダ』で宇宙エレベーターを構想した。

カーボンナノチューブはこの考えを復活させました。すでに見たように、それらは既知のすべての材料の中で最大の強度を持っています。ナノチューブは鋼鉄よりも強く、ナノチューブの潜在的な強度は、宇宙エレベーターの設計で生じる負荷に耐えることができます。

しかし、問題は、長さ 80,000 km の純粋なカーボンナノチューブのテザーを作成することです。これは信じられないほど難しい仕事である。なぜなら、科学者たちはこれまでのところ、実験室で数センチメートルの純粋なカーボンナノチューブしか入手できていないからだ。もちろん、何十億ものナノファイバーを撚ることはできますが、これらのファイバーは固体ではありません。目標は、各炭素原子が厳密にその位置に存在する長いナノチューブを作成することです。

2009 年、ライス大学の科学者たちは重要な発見を発表しました。それは、得られる繊維は純粋ではなく複合物ですが、あらゆる長さのカーボンナノチューブを作成できる十分な柔軟性を備えた技術を開発したということです。研究者らは試行錯誤の結果、カーボンナノチューブをクロロスルホン酸に溶解し、注射器のようなノズルから絞り出せることを発見した。この方法を使用すると、任意の長さのカーボンナノチューブから繊維を製造することができ、その太さは50ミクロンです。

カーボンナノチューブファイバーの商業用途の 1 つは送電線です。これは、ナノチューブは銅よりも電気をよく通し、軽くて強いためです。ライス大学工学部教授マッテオ・パスクアリ氏は、「送電線にはこのファイバーが大量に必要だが、それを作る方法はまだない。奇跡は一つだけ起こせばいいんだ。」

得られた繊維は宇宙エレベーターに適合するほど純粋ではありませんが、これらの研究は、いつか私たちを空に持ち上げるのに十分な強度の純粋なカーボンナノチューブを成長させることができるという希望を与えてくれます。

しかし、たとえ長いナノチューブを製造する問題が解決されたと仮定しても、科学者は他の現実的な問題に直面することになるだろう。たとえば、宇宙エレベーターのケーブルは、ほとんどの人工衛星の軌道をはるかに上回らなければなりません。これは、いつか必ずどこかの衛星の軌道が宇宙エレベーターのルートと交差し、事故を引き起こすことを意味します。低空衛星は 7 ～ 8 km/s の速度で飛行するため、衝突すると大惨事になる可能性があります。このことから、エレベーターには、飛行する人工衛星や宇宙ゴミの邪魔にならないようにエレベーターのケーブルを移動させる特別なロケットエンジンを装備する必要があることがわかります。

もう一つの問題は天候、つまりハリケーン、雷雨、強風です。宇宙エレベーターは、おそらく太平洋の空母や石油プラットフォームなど、地上に固定する必要がありますが、風雨に耐えられるように柔軟でなければなりません。

さらに、ケーブルが破損した場合に備えて、キャビンには非常ボタンと脱出カプセルを設置する必要があります。ケーブルに何かが起こった場合、エレベーターかごは乗客を救うために滑空するかパラシュートで地上に降下しなければなりません。

宇宙エレベーター研究の開始を加速するために、NASAはいくつかのコンペティションを発表しました。 NASA が後援する宇宙エレベーターレースでは、賞金総額 200 万ドルが用意されています。規則によれば、ビームに沿って伝達されるエネルギーを使用して動作するエレベーターの競争に勝つには、重量が 50 kg 以下で、高さ 1 km までケーブルを 2 m の速度で登ることができる装置を構築する必要があります。 /秒。問題は、この装置には燃料、バッテリー、電気ケーブルが搭載されていないことです。その移動のためのエネルギーは地球からビームに沿って伝達されなければなりません。

私は、賞の獲得を夢見て宇宙エレベーターに取り組むエンジニアたちの情熱とエネルギーをこの目で見てきました。 LaserMotive というグループの若くて進取的なエンジニアに会うためにシアトルに飛んだこともありました。 NASA の呼びかけである「サイレンの歌」を聞いた彼らは、おそらく宇宙エレベーターの心臓部となる装置のプロトタイプの開発に着手しました。

私は若者たちがテストのために借りている大きな格納庫に入った。格納庫の一端に、強力なエネルギービームを放射できる大型レーザーが見えました。もう 1 つは宇宙エレベーターそのものを収容していました。それは大きな鏡が付いた幅1メートルほどの箱だった。ミラーはレーザー光線を反射して、太陽電池のバッテリー全体に照射し、そのエネルギーを電気に変換しました。エンジンに電気が供給され、エレベータかごは短いケーブルをゆっくりと這い上がりました。この構成により、電気モーターを備えたキャビンは電気ケーブルを引きずる必要がなくなります。地上からレーザー光線を照射するだけで十分で、エレベーターはケーブルに沿って自ら這っていきます。

格納庫内のレーザーは非常に強力だったので、作動中は特別な眼鏡で目を保護する必要がありました。何度も試みた後、若者たちはついに車を這わせることに成功しました。宇宙エレベーターの問題の一側面は、少なくとも理論的には解決されました。

当初、この課題は非常に難しかったため、参加者の誰もそれを完了できず、約束された賞品を獲得することができませんでした。ただし、2009 年に LaserMotive は賞を受賞しました。コンテストはカリフォルニア州モハーベ砂漠にあるエドワーズ空軍基地で開催された。長いケーブルを備えたヘリコプターが砂漠の上に吊り下げられ、参加者のデバイスはこのケーブルに沿って登ろうとしました。 LaserMotive チームのエレベーターは、これを 2 日間で 4 回実行することに成功しました。彼のベストタイムは228秒でした。そこで、私が格納庫で観察した若い技術者たちの仕事が実を結びました。

宇宙船

現在の有人宇宙探査の資金危機にもかかわらず、今世紀末までに火星、そしておそらくは小惑星帯のどこかに研究ステーションが出現する可能性が最も高い。次に並ぶのは本物のスターになるだろう。現在、星間探査は完全に絶望的な取り組みですが、100年後には状況が変わるかもしれません。

星間旅行のアイデアが現実になるためには、いくつかの根本的な問題を解決する必要があります。その第一は、新しい運動原理の探求です。従来の化学ロケットでは、最も近い星に到達するまでに約 7 万年かかります。たとえば、1977 年に打ち上げられた 2 機のボイジャーは、地球からの最長距離の記録を打ち立てました。現在 (2011 年 5 月)、最初の星は太陽から 175 億 km 離れていますが、その移動距離は恒星までのほんの一部にすぎません。

星間飛行体のいくつかの設計と運動原理が提案されている。これ：

ソーラーセイル。

核ロケット。

ラムジェット熱核エンジンを搭載したロケット。

ナノシップ。

オハイオ州クリーブランドにある NASA のプラムブルック基地にいる間、私はソーラーセイルのアイデアの熱心な支持者で先見の明のある人物の一人に会いました。この場所には、人工衛星を試験するための世界最大の真空チャンバーが建設されました。このカメラの寸法は驚くべきものです。これは直径約 30 メートル、高さ 38 メートルの本物の洞窟で、複数の高層住宅が簡単に入ることができます。また、真空の宇宙で衛星やロケットの部品をテストするのに十分な大きさです。プロジェクトの規模は驚くべきものです。私は、アメリカの最も重要な衛星、惑星間探査機、ロケットの多くが試験されているまさにその場所にいられたことを特に光栄に感じました。

そこで私は、ソーラーセイルの主要な支持者の一人であるNASAの科学者レス・ジョンソンに会った。彼は、子供の頃からSFを読みながら、星に届くロケットを作ることを夢見ていたと語った。ジョンソンは、ソーラーセイルの作り方に関する基本的なコースも執筆しました。彼は、この原則は今後数十年以内に実現できると信じているが、本物の宇宙船が建造されるのはおそらく彼の死後何年も経つであろうという事実に備えている。中世の大聖堂を建てた石工のように、ジョンソン氏は、星に到達する乗り物を作るには数人の命がかかるかもしれないことを理解しています。

ソーラーセイルの動作原理は、光には静止質量がないにもかかわらず、運動量があり、圧力を加えることができるという事実に基づいています。遭遇するすべての物体に太陽光が及ぼす圧力は非常に小さいため、私たちはそれを感じませんが、ソーラーセイルが十分に大きく、十分に長く待つつもりであれば、この圧力は星間船を加速する可能性があります（宇宙では、太陽光の平均強度は地球上の 8 倍です）。

ジョンソン氏は私に、彼の目標は非常に薄いが柔軟で弾力性のあるプラスチックから巨大なソーラーセイルを作ることだと語った。この帆は直径数キロメートルあるはずで、宇宙空間に構築されることになっています。組み立てられると、太陽の周りをゆっくりと回転し、徐々に速度を上げます。数年間の加速を経て、帆は螺旋を描きながら太陽系から飛び出し、星々に向かって突進します。ジョンソン氏が私に語ったところによると、一般にソーラーセイルは星間探査機を光速の0.1%まで加速することができる。したがって、このような条件下では、最も近い星に400年以内に到達することになります。

ジョンソン氏は、ソーラーセイルにさらなる加速を与え、飛行時間を短縮するものを考え出そうとしている。考えられる方法の 1 つは、強力なレーザーのバッテリーを月に設置することです。レーザービームがセイルに当たると追加のエネルギーがセイルに伝達され、それに応じて星に向かって飛行する際の速度も向上します。

ソーラーセイルの下にある宇宙船の問題の 1 つは、太陽光が太陽から離れる一方向にしか進まないため、制御が非常に難しく、停止して反対方向に操縦することがほとんど不可能であることです。この問題に対する 1 つの解決策は、帆を展開し、目標の星からの光を利用して速度を落とすことです。別の可能性は、この遠い星の近くで重力操作を実行し、スリング効果を利用して帰還のために加速することです。 3 番目のオプションは、その星系の衛星に着陸し、そこにレーザーのバッテリーを構築し、星の光とレーザー光線を使用して帰路に出発することです。

ジョンソンは星を夢見ていますが、現時点での現実は彼の夢よりもはるかに控えめなものであることを理解しています。 1993年、ロシアはミール基地から切り離された船にラフサン製の25点反射板を配備したが、実験の目的は配備システムを実証することだけだった。 2回目の試みは失敗に終わりました。 2004年に日本は2機のソーラーセイル試作機の打ち上げに成功したが、やはり目標は推進力ではなく展開システムをテストすることであった。 2005 年、惑星協会、公的機関コスモススタジオ、ロシア科学アカデミーが主催して、コスモス 1 と呼ばれる本物のソーラーセイルを配備するという野心的な試みが行われました。帆はロシアの潜水艦から発射されたが、ヴォルナロケットの打ち上げは失敗し、ソーラーセイルは軌道に到達しなかった。

そして 2008 年、NASA のチームが NanoSail-D ソーラーセイルを打ち上げようとしたとき、Falcon 1 ロケットでも同じことが起こりました。

最後に、2010 年 5 月に、宇宙航空研究開発機構は、惑星間空間でソーラーセイル技術を使用した最初の宇宙船である IKAROS の打ち上げに成功しました。この装置は金星への飛行経路上に設置され、対角20メートルの四角い帆を展開することに成功し、方向を制御して飛行速度を変更する能力を実証した。将来的には、日本はソーラーセイルを備えた別の惑星間探査機を木星に打ち上げる計画を立てている。

核ロケット

科学者たちは星間旅行に核エネルギーを利用する可能性も検討している。 1953 年に遡ると、米国原子力委員会はローバープロジェクトから始まった原子炉を備えたロケットの開発を本格的に開始しました。 1950 年代と 1960 年代。核ミサイルの実験はほとんど失敗に終わった。原子力エンジンは動作が不安定で、一般的に当時の制御システムには複雑すぎることが判明しました。さらに、従来の原子核分裂炉のエネルギー出力が星間宇宙船にはまったく不十分であることを示すのは簡単です。平均的な工業用原子炉は約 1,000 メガワットのエネルギーを生成しますが、これは星に到達するには十分ではありません。

しかし、時は1950年代。科学者たちは、星間宇宙船に原子炉ではなく原爆と水爆を使用することを提案しました。たとえば、オリオン計画は、原子爆弾の爆風でロケットを加速することを想定していた。この宇宙船は、その背後に一連の原子爆弾を投下し、その爆発により強力なX線放射が発生することになっていた。これらの爆発による衝撃波が宇宙船を加速すると考えられていました。

1959年、ゼネラル・アトミックスの物理学者は、直径400メートルのオリオンの発展型は重さ800万トンで、1,000発の水素爆弾を搭載すると推定した。

物理学者のフリーマン・ダイソンはオリオン計画の熱烈な支持者でした。「私にとって、オリオンは生命の拡散のために太陽系全体にアクセスできることを意味していました。彼は歴史の流れを変えることができる、とダイソンは言う。それに、それは原爆をなくすのにも便利な方法だろう。「1回の飛行で2,000個の爆弾を処理できるでしょう。」

しかし、オリオン計画は1963年に締結された地上爆発を禁止する核実験制限条約によって終焉を迎えた。テストを行わなければ、Orion の設計を実現することは不可能であり、プロジェクトは終了しました。

ダイレクトフロー核融合エンジン

別の核ミサイル計画は 1960 年にロバート W. バサードによって提案されました。彼は、従来の航空機のジェットエンジンと同様の熱核融合エンジンをロケットに搭載することを提案した。一般に、ラムジェットエンジンは飛行中に空気を取り込み、それを内部の燃料と混合します。次に、燃料と空気の混合物が点火され、化学爆発が発生して推進力が生じます。バサードは、同じ原理を核融合エンジンに適用することを提案しました。航空機エンジンのように大気から空気を取り込む代わりに、ラムジェット核融合エンジンは星間空間から水素を収集します。収集されたガスは、ヘリウムの熱核融合反応が始まる前に、電場と磁場を使用して圧縮および加熱され、膨大な量のエネルギーが放出されると考えられています。爆発が起こり、ロケットはブーストを受けます。そして、星間空間の水素の埋蔵量は無尽蔵であるため、ラムジェット原子力エンジンはおそらく永久に作動する可能性があります。

ラムジェット核融合エンジンを搭載した船のデザインはアイスクリームコーンに似ています。漏斗は水素ガスを捕捉し、水素ガスはエンジンに入り、加熱されて他の水素原子と融合反応を起こします。バサード氏は、重量約 1000 トンのラムジェット核エンジンは、約 10 m/s 2 (つまり、地球上の重力加速度にほぼ等しい) の一定の加速度を維持できると計算しました。この場合、1 年以内に宇宙船は光速の約 77% まで加速します。ラムジェット核エンジンは燃料の埋蔵量によって制限されないため、そのようなエンジンを搭載した宇宙船は理論的には銀河系の境界を越え、船の時計によればわずか23年で距離2メートルのアンドロメダ星雲に到達する可能性がある。私たちから何百万光年も離れています。 (アインシュタインの相対性理論によれば、加速する船内では時間の進みが遅くなり、この間に地球上で何百万年も経過したとしても、宇宙船に乗っている宇宙飛行士はわずか 23 歳しか老化しません。)

しかし、ここにも深刻な問題があります。まず、星間物質にはほとんどが個々の陽子が含まれているため、核融合エンジンは純粋な水素を燃焼させる必要がありますが、この反応では多くのエネルギーが生成されません。 (水素核融合はさまざまな方法で行われます。現在、地球上では、科学者はより多くのエネルギーを放出する重水素と三重水素の影響を利用する選択肢を好みます。しかし、星間物質では水素は個々の陽子の形であるため、ラムジェット核エンジンでは、重水素 - 三重水素反応よりもはるかに少ないエネルギーを放出する核融合反応である陽子 - 陽子核融合のみを使用できます。) しかし、バサードは、炭素を追加して燃料混合物を変更すると、その炭素が燃料として機能することを示しました。触媒は、宇宙船にとって十分な量のエネルギーを生成します。

第二に、十分な水素を収集するには、宇宙船の前にある漏斗が直径約 160 km と巨大でなければならないため、宇宙で収集する必要があります。

もう一つ未解決の問題があります。 1985 年、エンジニアのロバートズブリンとダナアンドリュースは、環境抵抗によってラムジェット動力の宇宙船が光速に近い速度まで加速できないことを示しました。この抵抗は、水素原子の場における船と漏斗の動きによるものです。ただし、その計算は、将来的にはラムジェットエンジンを搭載した船舶には適用できない可能性があるといういくつかの仮定に基づいています。

現時点では、陽子と陽子融合のプロセス（および星間物質中の水素イオンの抵抗）について明確なアイデアはありませんが、ラムジェット原子力エンジンの見通しは依然として不確実です。しかし、これらの工学的問題が解決できれば、この設計はおそらく最良のものの 1 つとなるでしょう。

反物質ロケット

もう一つの選択肢は、宇宙最大のエネルギー源である反物質を宇宙船に利用することだ。反物質は、原子のすべての構成部分が反対の電荷を持っているという意味で物質の反対です。たとえば、電子はマイナスの電荷を持っていますが、反電子（陽電子）はプラスの電荷を持っています。反物質は物質と接触すると消滅します。これは非常に多くのエネルギーを放出するため、小さじ1杯の反物質でニューヨーク全体を破壊するのに十分です。

反物質は非常に強力であるため、ダン・ブラウンの『天使と悪魔』の悪役たちは反物質を使って爆弾を作り、バチカンの爆破を計画しています。物語の中で、彼らはスイスのジュネーブ近郊にあるヨーロッパ最大の核研究センターCERNから反物質を盗みます。効果が 1% しかない水爆とは異なり、反物質爆弾は 100% 効果があります。物質と反物質の消滅中に、アインシュタインの方程式 E=mc 2 に従ってエネルギーが放出されます。

原理的には、反物質は理想的なロケット燃料です。ペンシルベニア州立大学のジェラルド・スミス氏によると、4ミリグラムの反物質があれば火星に飛ぶのに十分で、100グラムあれば最も近い星まで船を運ぶことができるという。反物質の消滅により、同量の現代のロケット燃料から得られるエネルギーの 10 億倍のエネルギーが放出されます。反物質エンジンは非常に単純に見えるでしょう。反物質粒子を特殊なロケット室に次々と注入するだけです。そこで彼らは普通の物質とともに消滅し、巨大な爆発を引き起こします。加熱されたガスはチャンバーの一端から放出され、ジェット推力が発生します。

この夢の実現にはまだ程遠いです。科学者たちは、反電子と反陽子、そして反電子が反陽子の周りを循環する反水素原子を取得することができました。これは、CERN と、シカゴ近郊のフェルミ国立加速器研究所 (一般的にはフェルミラボと呼ばれる) の両方で、世界で 2 番目に大きい粒子加速器 (CERN の大型ハドロン衝突型加速器よりも大きいだけ) であるテバトロンの両方で行われました。両方の研究室で、物理学者は高エネルギー粒子の流れを標的に向け、反陽子を含む破片の流れを取得しました。強力な磁石を使用して、反物質を通常の物質から分離しました。次に、生成された反陽子は減速され、反電子と混合され、反水素原子が生成されます。

フェルミ研究所の物理学者の一人であるデイブ・マクギニスは、反物質の実用化について長く熱心に考えてきました。彼と私はテバトロンの隣に立ち、デイブは反物質の当惑するような経済学について私に説明してくれました。かなりの量の反物質を入手する既知の唯一の方法は、テバトロンのような強力な衝突型加速器を使用することだと彼は述べた。しかし、これらの機械は非常に高価であり、反物質は非常に少量しか生成できません。たとえば、2004 年に CERN の衝突型加速器は科学者に 1 グラムの数兆分の 1 の反物質を与え、この喜びにより科学者に 2,000 万ドルの費用がかかりました。その価格では、1つの恒星遠征に十分な反物質が生成される前に、世界経済は破産するでしょう。反物質エンジン自体は特に複雑ではなく、確かに自然法則に矛盾するものではないとマクギニス氏は強調した。しかし、そのようなエンジンはコストの関係上、近い将来に実際に製造されることは不可能だろう。

反物質が信じられないほど高価である理由の 1 つは、加速器や衝突型加速器の建設に莫大な費用がかかることです。しかし、加速器自体は万能の機械であり、主に反物質の製造ではなく、あらゆる種類の珍しい素粒子の製造に使用されます。これは物理的な研究ツールであり、産業用装置ではありません。

反物質の生成に特化して設計された新しいタイプの衝突型加速器の開発により、コストが大幅に削減される可能性があると考えられます。そのような機械を大量生産すると、大量の反物質が生成されるでしょう。 NASA のハロルド・ゲリッシュ氏は、反物質の価格は最終的には 1 マイクログラムあたり 5,000 ドルまで下がる可能性があると確信しています。

反物質をロケット燃料として使用するもう 1 つの可能性は、宇宙で反物質隕石を見つけることです。もしそのような物体が発見されれば、そのエネルギーは複数の宇宙船に電力を供給するのに十分な可能性が高いでしょう。 2006年に、ロシアのResurs-DK衛星の一部として、宇宙空間で天然反物質を探索することを目的としたヨーロッパのPAMELA装置が打ち上げられたと言わなければなりません。

反物質が宇宙で発見された場合、人類は反物質を収集するための電磁ネットワークのようなものを考え出す必要があります。

したがって、星間反物質宇宙船は非常に現実的なアイデアであり、自然法則に矛盾するものではありませんが、世紀末に科学者が反物質のコストを大幅に削減できない限り、21 世紀には出現しない可能性が最も高いです。ある程度の妥当な量。しかし、これが実現できれば、反物質宇宙船プロジェクトが最初に検討されるプロジェクトの一つとなることは間違いない。

ナノシップ

私たちは長い間、スター・ウォーズやスタートレックのような映画の特殊効果に慣れてきました。宇宙船について考えるとき、ハイテク機器の分野における最新の発明が四方八方にぎっしり詰まった、巨大な未来的な機械のイメージが浮かび上がります。一方、別の可能性もあります。それは、ナノテクノロジーを使用して、指ぬきや針以下、あるいはそれよりも小さい小さな宇宙船を作ることです。私たちはすでに、宇宙船はエンタープライズ号のように巨大で、宇宙飛行士全員を乗せる必要があると確信しています。しかし、ナノテクノロジーの助けを借りて、宇宙船の主な機能を最小限の体積に収めることができ、乗組員が何年もその中で生活しなければならない巨大な船は一隻ではなく、何百万もの小さな船が星に行くことになります。ナノシップ。おそらくそのうちのほんの一部だけが目的地に到着するでしょうが、主なことは行われます。目的地星系の衛星の 1 つに到着すると、これらの船は工場を建設し、無制限の数の独自のコピーの生産を保証します。

ヴィント・サーフ氏は、ナノシップは太陽系の研究と、やがては星への飛行の両方に使用できると考えている。彼は次のように述べています。「地表、地表下、近隣の惑星や衛星の大気中に簡単に輸送して届けることができる、小さくても強力なナノデバイスを設計できれば、太陽系の探査はより効率的になるでしょう...これらと同じ機能を星間探査にも拡張できます。」

自然界では、哺乳類は少数の子孫を生み、すべての子孫が確実に生き残ることが知られています。一方、昆虫は膨大な数の子どもを生み出しますが、生き残れるのはほんのわずかです。どちらの戦略も十分に成功し、種が何百万年もの間地球上に存在できるようになりました。同様に、非常に高価な宇宙船 1 隻を宇宙に送ることも、1 隻あたりの費用が 1 ペニーで燃料消費量もほとんどない何百万もの小さな宇宙船を宇宙に送ることもできます。

ナノシップの概念自体は、自然界で広く使用されている非常に成功した戦略、つまり群戦略に基づいています。鳥や蜂などは群れや群れで飛ぶことがよくあります。多数の親族が安全を保証するだけではありません。さらに、群れは早期警戒システムとしても機能します。群れの一方の端で何か危険なことが起こると、たとえば捕食者による攻撃など、群れ全体が即座にそれに関する情報を受け取ります。群れは非常に効率的で精力的です。特徴的なV字型の形、つまりくさびで飛ぶ鳥は、前の隣の翼からの乱流を利用し、それによって飛行を容易にします。

科学者はアリの群れ、群れ、または家族を「超生物」と呼び、場合によってはそれを構成する個々の個体の能力とは独立した独自の知性を持っています。たとえば、アリの神経系は非常に単純で、脳は非常に小さいですが、アリの家族は一緒になって非常に複雑な構造、つまりアリ塚を構築することができます。科学者たちは、いつか他の惑星や星へ長い旅に出るかもしれない「群れ」ロボットを開発する際に、自然の教訓を活用したいと考えている。

ある意味、これらすべては国防総省が開発中の「インテリジェントダスト」の概念を彷彿とさせる。つまり、小さなセンサーを備えた数十億の粒子が空中に散在し、偵察を行うというものだ。各センサー自体にはインテリジェンスはなく、ほんの小さな情報しか提供しませんが、センサーを組み合わせることで、所有者にあらゆる種類のデータの山を提供できます。 DARPA は、戦場での敵の位置を監視するためにスマートダストを使用するなど、将来の軍事用途を見据えて、この分野の研究を後援しています。 2007 年と 2009 年米空軍は今後数十年間の詳細な兵器計画を発表した。プレデター無人飛行機の高度なバージョン（現在の価格は450万ドル）から、ピンの頭ほどの大きさの小さくて安価なセンサーの大群まで、あらゆるものがあります。

科学者もこの概念に興味を持っています。インテリジェントな塵の群れは、何千もの異なる場所からハリケーンをリアルタイムで監視するのに役立ちます。同様に、雷雨、火山の噴火、地震、洪水、森林火災、その他の自然現象を観察することができます。たとえば、映画「ツイスター」では、竜巻の周囲にセンサーを設置して命と手足を危険にさらす勇敢なハリケーンハンターのチームを追っています。これは非常にリスクが高いだけでなく、あまり効果的でもありません。噴火中の火山の火口の周囲や、草原を歩いている竜巻の周囲にいくつかのセンサーを設置して、それらから温度、湿度、風速に関する情報を受信して命を危険にさらすよりも、空気中にインテリジェントな塵を散布する方がはるかに効果的です。数百平方キロメートルのエリアに点在する数千の異なるポイントのデータを同時に取得します。このデータはコンピューターで 3 次元画像に編集され、ハリケーンの発達や噴火のさまざまな段階をリアルタイムで表示します。民間企業はすでにこれらの小型センサーの例に取り組んでおり、実際にはピンの頭よりも小さいセンサーもあります。

ナノシップのもう 1 つの利点は、宇宙空間に到達するために必要な燃料が非常に少ないことです。巨大な打ち上げロケットは秒速 11 km までしか加速できませんが、ナノシップのような小さな物体は信じられないほどの高速で宇宙に打ち上げることが比較的簡単です。たとえば、従来の電場を使用して素粒子を亜光速まで加速できます。ナノ粒子に小さな電荷を与えると、電場によって簡単に加速することもできます。

惑星間探査機の送信に巨額の資金を費やす代わりに、各ナノシップに自己複製能力を与えることが可能です。したがって、ナノボット 1 台でもナノボット工場や月面基地を建設できる可能性があります。この後、新たな自己複製探査機が他の世界を探索するために出発します。 (問題は、自己コピーが可能な最初のナノボットを作成することですが、これはまだ非常に遠い将来の問題です。)

1980 年、NASA は自己複製ロボットのアイデアを真剣に受け止め、サンタクララ大学に「宇宙タスクのための高度な自動化」と呼ばれる特別研究を依頼し、いくつかの可能な選択肢を詳細に検討しました。 NASA の科学者が検討したシナリオの 1 つは、小型の自己複製ロボットを月に送ることでした。そこでは、ロボットがスクラップ材料から独自の種類の生産を組織する必要がありました。

この計画に関する報告は、主に月の土壌（レゴリス）を処理するための化学プラントの建設に当てられました。たとえば、ロボットが月面に着陸し、構成部品に分割され、それらから新しい構成を組み立てることが想定されていました。まさに変形するおもちゃのロボットと同じです。そのため、ロボットは大きな放物面鏡を組み立てて太陽光を集光し、レゴリスを溶かし始めることができる。次に、フッ化水素酸を使用して、レゴリスの融解物から利用可能な金属やその他の物質を抽出します。金属は月面基地の建設に使用される可能性がある。時間が経つにつれて、ロボットは独自のコピーを生産するための小さな月工場も建設するようになります。

この報告書のデータに基づいて、NASA の先端概念研究所は自己複製ロボットの使用に基づいた一連のプロジェクトを立ち上げました。コーネル大学のメイソン・ペックは、小型宇宙船のアイデアを真剣に考えた一人でした。

私はペックの研究室を訪れ、いつか宇宙に送られるかもしれないあらゆる種類の部品が作業台に散らばっているのをこの目で見ました。作業台の隣にはプラスチックの壁でできた小さなクリーンルームもあり、そこで将来の人工衛星の薄い部品が組み立てられていました。

ペックの宇宙探査に対するビジョンは、ハリウッド映画で見られるものとは大きく異なります。これは、光速の 1% まで加速できる、1 センチメートル四方、重さ 1 グラムのチップを作成できる可能性を示唆しています。たとえば、NASA が惑星間ステーションを高速に加速するスリング効果を利用することができます。この重力操作には、惑星の周回が含まれます。ほぼ同じように、重力ベルトで保持されたスリング内の石が加速して円を描き、目的の方向に発射されます。ここでは、惑星の重力が宇宙船にさらなる速度を与えるのに役立ちます。

しかし、ペック氏は重力の代わりに磁力を利用したいと考えています。彼は、超小型宇宙船に木星の磁場のループを強制的に表現させたいと考えている。この磁場のループは地球の磁場よりも2万倍強く、素粒子を数兆電子ボルトのエネルギーまで加速できる地球の加速器の磁場に匹敵する。

彼は私にサンプルを見せてくれました。彼の計画によれば、いつか木星の周りを長い旅ができる超小型回路です。それは指の先よりも小さい小さな正方形で、文字通りあらゆる種類の科学的なものが詰まっていました。一般に、ペックの星間装置は非常に単純です。チップの片面には通信用のエネルギーを供給する太陽電池が搭載されており、もう片面には無線送信機、ビデオカメラ、その他のセンサーが搭載されています。この装置にはエンジンがないため、木星の磁場で加速する必要があります。 (残念ながら、1998 年以来宇宙計画のこのプロジェクトやその他の革新的なプロジェクトに資金を提供してきた NASA の先進概念研究所は、2007 年に予算削減により閉鎖されました。)

ペックの宇宙船に対する考えは、巨大な宇宙船が勇敢な宇宙飛行士チームの制御下で広大な宇宙を歩き回るSFで受け入れられているものとは大きく異なることがわかります。たとえば、木星の衛星のいずれかに科学基地が出現した場合、数十隻のそのような小型船が巨大ガス惑星の周りの軌道に打ち上げられる可能性があります。とりわけ、レーザー砲のバッテリーがこの月に出現した場合、小型船はレーザー光線を使用して加速を与え、光速の顕著な割合まで加速される可能性があります。

少し後、私はペックに簡単な質問をしました。ナノテクノロジーを使用してチップを分子サイズまで縮小できるでしょうか? そうすれば、木星の磁場さえも必要なくなり、月に作られた従来の加速器で亜光速まで加速できるようになる。同氏は、その可能性はあるが、詳細はまだ検討していないと述べた。

そこで私たちは一枚の紙を手に取り、一緒にその上に方程式を書き、それから何が起こるかを考え始めました。 (これが私たち科学者が互いにコミュニケーションする方法です。私たちはチョークで黒板に向かうか、紙を手に取り、さまざまな公式を使用して問題を解決しようとします。) 私たちはローレンツ力の方程式を書き、ペックはそれを使用することを提案しました。木星の近くで船を加速させるためです。次に、私たちは船を頭の中で分子サイズまで縮小し、大型ハドロン衝突型加速器のような仮想の加速器に心の中で置きました。私たちは、月に設置された従来の加速器の助けを借りて、ナノスターシップを問題なく光速に近い速度まで加速できることにすぐに気づきました。宇宙船のサイズをセンチメートル板から分子まで縮小することで、宇宙船を加速するために必要な加速器を減らすことができました。さて、木星の代わりに、従来の粒子加速器を使用することができます。このアイデアは私たちにとって非常に現実的であるように思えました。

しかし、方程式を再度分析した結果、私たちは一般的な結論に達しました。ここでの唯一の問題は、ナノスターシップの安定性と強度です。加速器は私たちの分子をばらばらにしてしまうのでしょうか? 紐に巻かれたボールのように、これらのナノシップは光速に近い速度まで加速すると遠心力を受けます。さらに、それらは帯電するため、電気的な力によってさえもその完全性が脅かされることになります。全体的な結論: はい、ナノシップは現実的な可能性ですが、ペックのチップを分子サイズまで縮小し、光速に近い速度で進んでもダメージを与えないほど十分に増幅できるようになるまでには、数十年の研究が必要です。

その一方で、メイソン・ペックは、ナノ宇宙船の群れを最も近い星に送り込み、少なくともそのうちのいくつかが私たちを隔てる星間空間を克服できることを期待している。しかし、目的地に到着したら、彼らは何をするのでしょうか？

ここで、シリコンバレーのカーネギーメロン大学のペイ・チャン氏のプロジェクトが登場します。彼はミニヘリコプターの飛行隊全体を作り、いつかは異星の大気圏に突入する運命にあるかもしれない。彼はおもちゃのヘリコプターに似たミニボットの群れを誇らしげに私に見せてくれました。ただし、外観の単純さは欺瞞的です。それらのそれぞれに、最も複雑な電子機器が詰まったチップが搭載されていることがはっきりとわかりました。ボタンを 1 回押すだけで、張氏は 4 台のミニボットを空中に持ち上げ、すぐにさまざまな方向に散乱し、私たちに情報を送信し始めました。すぐに私は四方八方からミニボットに囲まれました。

張氏によれば、こうしたヘリコプターは火災や爆発などの危機的な状況で支援を提供するものであるという。彼らの任務は情報収集と偵察です。やがて、ミニボットにはテレビカメラや、温度、圧力、風向きなどのセンサーが装備されるようになります。自然災害または人為的災害が発生した場合、そのような情報は非常に重要になる可能性があります。何千ものミニボットが戦場や山火事、あるいは（なぜそうではないのか？）未踏の異星地の上に発射される可能性がある。彼らは皆常に互いに通信しています。 1 台のミニボットが障害物に遭遇すると、他のミニボットはすぐにそれを認識します。

したがって、星間旅行の 1 つのシナリオは、メイソンペックのチップに似た何千もの安価な使い捨てチップを、光速に近い速度で飛行しながら最も近い星に向けて発射することです。そのうちのほんの一部でも目的地に到着すると、小型宇宙船は翼やプロペラを解放し、ペイ・チャンの機械の群れのように、前例のない異国の風景の上を飛行します。彼らは無線を介して地球に直接情報を送信します。有望な惑星が発見されると、第 2 世代のミニスターシップが出発します。彼らの任務は、遠く離れた星の近くに同じ小型宇宙船を生産するための工場を建設し、それが次の星に行くことだ。プロセスは無限に発展していきます。

地球からの脱出？

2100年までに、私たちは火星と小惑星帯に宇宙飛行士を派遣し、木星の衛星を探索し、恒星に探査機を送ることに本格的に取り組むことになるだろう。

しかし、人間性はどうでしょうか？私たちはスペースコロニーを手に入れることができるのでしょうか?そして、彼らは人口過剰の問題を解決できるのでしょうか? 私たちは宇宙に新しい家を見つけることができるでしょうか？ 2100年までに人類は地球から去り始めるのでしょうか？

いいえ。宇宙旅行の費用を考えると、ほとんどの人は 2100 年かそれよりずっと先になっても、宇宙船に乗って遠くの惑星を見ることはないだろう。おそらく、その頃までに数人の宇宙飛行士が他の惑星や衛星に人類の小さな前哨基地をいくつか作ることに成功しているだろうが、人類全体は地球に閉じ込められたままになるだろう。

地球は今後何世紀にもわたって人類の本拠地となるでしょう。人類の文明はどのように発展するのか、自問してみましょう。科学はライフスタイル、仕事、社会にどのような影響を与えるのでしょうか? 科学は繁栄の原動力であるため、将来的に科学が人類の文明と幸福をどのように変えるかについて考える価値があります。

ノート：

ユーザーの座標を決定するための基礎は、周波数シフトの測定ではなく、ユーザーからの異なる (ただし、各瞬間にわかっている) 距離にある複数の衛星からの信号の到達時間のみです。 3 つの空間座標を決定するには、原則として 4 つの衛星からの信号を処理するだけで十分ですが、通常、受信機はその時点で受信しているすべての稼働衛星を「考慮に入れます」。受信信号の位相の測定に基づく、より正確な (ただし実装がより難しい) 方法もあります。 - 約レーン

または、映画が撮影された場所に応じて、別の地球上の言語で使用されます。 - 約レーン

確かにTPFプロジェクトはNASAの長期計画に長い間組み込まれてきたが、常に「机上のプロジェクト」に留まり、実用化の段階には程遠い。これも、同じテーマ分野の 2 つ目のプロジェクトである地球惑星写真家 (TPI) も、2012 年度予算案には含まれていません。おそらくその後継は、地球に似た惑星の画像化と分光を目的とした新世界ミッションとなるだろうが、その打ち上げのタイミングについては何も言えない。 - 約レーン

実は感度の問題ではなく、鏡面の質の問題なのです。 - 約レーン

このプロジェクトは、NASA と欧州宇宙機関による共同実施のために 2009 年 2 月に選択されました。 2011 年初頭、アメリカは資金不足を理由にこのプロジェクトから撤退し、ヨーロッパは参加の決定を 2012 年 2 月まで延期した。以下に述べるアイスクリッパープロジェクトは 1997 年に NASA のコンペに提案されたが、受け入れられなかった。。 - 約レーン

残念ながら、これもテキストが古くなっています。 EJSMと同様に、この共同プロジェクトは2011年初頭に米国の支援を失い、EKA予算にEJSMおよび国際X線天文台IXOと同じ資金を要求して検討中である。これら 3 つのプロジェクトのうち、縮小された形で 2012 年の実施が承認されるのは 1 つだけであり、開始は 2020 年以降になる可能性があります - 注。レーン

そして、そのうちのいくつかは疑問視されています。 - 約レーン

厳密に言えば、これはブッシュ大統領の要求を満たすために設計された NASA プログラムの名前であり、その主な規定は以下に著者によって説明されています。 - 約レーン

米国にはロケットがあり、ゼロから発明する必要はありません。オリオン宇宙船は、アトラス V ロケットやファルコン 9 ロケットを搭載した重いバージョン (デルタ IV 空母や、より軽い民間船) で打ち上げられます。しかし、既製の有人宇宙船は一隻も存在せず、今後 3 ～ 4 年以内にも存在しないでしょう。 - 約レーン

もちろん、重要なのは距離ではなく、飛行に必要な速度の増減です。乗組員の放射線被ばくを最小限に抑えるために、遠征期間を制限することもお勧めします。全体として、これらの制限により、燃料消費量が非常に多くなる飛行パターンが発生する可能性があり、その結果、遠征複合施設の質量とその費用が大きくなる可能性があります。 - 約レーン

本当じゃない。高温のガスがコロンビア号の左翼の内側に侵入し、長時間加熱された後、翼の強度を奪いました。翼は変形し、大気圏上空で制動した際に船は唯一の正しい向きを失い、空気力によって破壊されました。宇宙飛行士は減圧と耐え難い衝撃過負荷により死亡した。 - 約レーン

2010年2月、オバマ政権はオリオン宇宙船を含むコンステレーション計画の完全終了を発表したが、すでに4月にはISSを救援船として維持することに同意した。 2011年には、シャトル要素をベースにした超重量ロケットSLSへの資金提供の即時開始と、有望な有人計画の目標を正式に発表することなくオリオンでの作業を継続することについて合意に達した。 - 約レーン

こんなことは何もない！第一に、現在一度に6か月間一緒に飛行しているロシア人とアメリカ人は健康状態は良好で、着陸当日には注意しながらも歩くことができる。第二に、宇宙飛行要因の影響に対抗するために私たちが開発した手段は、そのような期間には十分であるため、366日間と438日間続いた記録的な飛行の後でも、ソ連とロシアの宇宙飛行士の状態は同じでした。第三に、1970年にソユーズ9号で18日間の記録破りの飛行を行った後、アンドリヤーン・ニコラエフとヴィタリー・セバスチャノフはかろうじて這うことができたが、当時はまだ実質的に何の予防策も適用されていなかった。 - 約レーン

船またはその一部をその軸を中心に回転させるのは非常に簡単で、追加の燃料消費はほとんど必要ありません。もう一つは、乗組員にとってそのような状況で働くのはあまり便利ではないかもしれないということです。しかし、これに関する実験データは事実上存在しません。 - 約レーン

この一般的な ISS のコストの見積もりは、建設および運用中のすべてのシャトル飛行のコストが人為的に含まれているため、不正確です。ステーションのコンポーネント、科学機器、およびミッション制御の設計と製造は、現在、約 30 年間 (1984 年から 2011 年) にわたって約 580 億ドルと評価されています。 - 約レーン

宇宙エレベーターは静止軌道の高度で終了することはできません。宇宙エレベーターが動かないように吊り下げられ、輸送キャビンの移動のサポートとして機能できるようにするには、システムに高度 100,000 km までのカウンターウェイトを装備する必要があります。。 - 約レーン

この宇宙船の 2 番目のコピーである NanoSail-D2 は、2010 年 11 月 20 日にファストサット衛星とともに打ち上げられ、2011 年 1 月 17 日に衛星から分離され、面積 10 平方メートルの宇宙帆の展開に成功しました。 - 約レーン

2011 年 5 月、ペック氏のチームの 3 つの実験用「チップ衛星」が、宇宙空間での耐久試験のために ISS に届けられました。 - 約レーン

このような異動自体が大変な作業です。 - 約レーン

惑星科学者は太陽系を研究する際の優先順位を設定しています。

宇宙開発の時代に生まれた人にとって、1957 年より前に出版された太陽系に関する本は、しばしばショック状態に陥ります。エベレストが森の蟻塚のように見え、グランドキャニオンが道路脇の溝のように見えるのに比べれば、古い世代は火星の巨大な火山や峡谷について何の知識も持たず、どれほど知識が少なかったことでしょう。おそらく以前は、金星の雲の下には贅沢で湿ったジャングル、果てしなく続く乾燥した砂漠、沸騰する海、巨大なタール沼などがあると信じられていたが、実際に判明したのは巨大な火山地帯ではなかった。ノアの凍ったマグマの洪水のシーン。以前の土星の外観は、ぼんやりとした 2 つの輪だけで鈍く見えましたが、今日では何百、何千ものエレガントな輪を鑑賞することができます。巨大惑星の衛星は点であり、メタン湖や塵間欠泉のある幻想的な風景ではありませんでした。

当時、すべての惑星は小さな光の島のように見え、地球は今日よりもはるかに大きく見えました。私たちの惑星を外側から見た人は誰もいません。黒いベルベットの上に青い大理石があり、水と空気の薄い層で覆われています。月が衝突によって誕生したことや、恐竜の死が同時に起こったことなど誰も知りませんでした。人類がどのようにして地球全体の環境を完全に変えることができるのかを完全に理解した人は誰もいませんでした。さらに、宇宙時代は私たちに自然に関する知識を豊かにし、新たな視点をもたらしました。

スプートニクの打ち上げ以来、惑星探査には浮き沈みが何度かあった。たとえば、1980 年代。仕事はほぼ止まってしまった。現在、さまざまな国からの数十の探査機が水星から冥王星に至るまで太陽系を飛び回っています。しかし、予算は削減され、経費は増加し、必ずしも望ましい結果につながるとは限らず、NASAに影を落としています。ニクソン大統領が35年前にアポロ計画を終了して以来、同局は現在、その歴史の中でも困難な時期を迎えている。

「NASA の専門家は研究の優先分野を探し続けています」とアンソニージャネトスは言います ( アンソニー・ジャネトス) NASA の地球観測プログラムを監督する米国研究評議会 (NRC) のメンバーであるパシフィックノースウェスト国立研究所からの研究結果です。 -彼らは宇宙を探検しているのですか？彼らは人間を研究しているのでしょうか、それとも純粋な科学を行っているのでしょうか？彼らは銀河に向かって突進しているのでしょうか、それとも太陽系に限定されているのでしょうか？彼らはシャトルや宇宙ステーションに興味があるのでしょうか、それとも単に地球の性質にだけ興味があるのでしょうか？」

原則として、このような出来事の発展は実を結ぶはずです。ロボット探査計画を復活させるだけでなく、有人宇宙飛行も復活させなければなりません。ジョージ・W・ブッシュ大統領は2004年に月と火星に着陸するという目標を設定した。このアイデアには論争がありましたが、NASA はこのアイデアを採用しました。しかし問題は、それがすぐに資金不足の任務となり、伝統的に科学と有人計画をコスト超過から「保護」してきた壁を突破せざるを得なくなったことだ。「政府機関には、やらなければならないすべての仕事を行うのに十分な資金がないことは誰もが知っていると思います」とビル・クレイボー氏は言う（ ビル・クレイボー）、NASA研究分析ディレクター。「他国の宇宙機関にも、金のように金が降ってくるわけではない。」

NRC は時々一歩下がって、世界中の惑星科学がどのように進んでいるのか疑問に思います。したがって、私たちは優先目標のリストを提示します。

1. 地球の気候を監視する

2005年、国家研究評議会の委員会は、「環境衛星システムが機能しなくなるリスクがある」と結論付けた。それ以来、状況は変わりました。 NASAは、地球探査プロジェクトから5年間で6億ドルをシャトルと宇宙ステーションの支援プログラムに移管した。同時に、極軌道地球観測衛星の新しい国家システムの開発は予算を超過しており、削減する必要がある。これは、地球に入射する太陽放射と地表から反射される赤外線を測定する、地球温暖化を研究する機器に当てはまります。

その結果、20 機以上の地球観測システム衛星が、それに代わる新しい機器が登場する前に機能を停止することになります。科学者や技術者は、しばらくの間は正常な状態を維持できることを期待している。「私たちは取り組む準備ができていますが、今は計画が必要です」とロバート・キャハラン氏は言います（ ロバート・キャハラン）、NASAゴダード宇宙飛行センターの気候放射線部門の責任者。「彼らが壊れるのを待つことはできません。」

代替衛星が到着する前に衛星の機能が停止すると、データにギャップが生じ、変更の追跡が困難になります。たとえば、次世代の機器が太陽が明るくなったことに気づいたとしても、それが本当にそうなのか、それとも機器の校正が間違っているのかを理解するのは困難です。衛星観測を継続的に行わなければ、この問題は解決できません。人工衛星による地表の観測 ランドサット、1972年から実施されてきた調査は数年前から中止されており、米国農務省は作物を監視するためにインドの衛星からデータを購入することを余儀なくされている。

NRCは資金の回復と、今後10年間にわたって氷床と二酸化炭素を監視する17機の新しい宇宙船を打ち上げ、こうした要因が天候にどのような影響を与えるかを研究し、予測方法を改善するよう求めている。残念なことに、気候研究は日常的な気象観測 (NOAA の仕事) と科学 (NASA の仕事) の間に挟まれています。「主な問題は、誰も気候を監視する任務を負っていないことです」と気候科学者のドリュー・シンデルは言う（ ドリュー・シンデル）NASAのゴダード宇宙研究センターから。他の多くの科学者と同様に、彼はさまざまな部門に分散されている政府の気候変動プログラムをまとめて、このテーマのみを扱う 1 つの部門に移管すべきであると信じています。

行動計画
NASAが提案する今後10年間に17基の新しい衛星に資金を提供する（費用：年間約5億ドル）。
気候調査室を設置する。

2. 小惑星からの防御を準備する

小惑星の脅威

直径 10 km の小惑星（恐竜を殺すもの）は、平均して 1 億年に 1 回地球に落下します。直径約1kmの小惑星（地球規模の破壊者） - 50万年に1回。都市を破壊する可能性のある大きさ50メートルの小惑星は、1000年に一度発生します。

宇宙防衛調査では、700キロメートル以上の大きさの天体が確認されましたが、そのすべてが今後数世紀にわたって私たちにとって危険であるわけではありません。しかし、今回の調査で検出できるのはそのような小惑星の75％にとどまる。

検出されなかった 25% のうち、地球に落下する小惑星が存在する可能性は低いです。平均リスクは年間最大 1,000 人が死亡します。より小さな小惑星によるリスクは、平均して年間最大 100 人に達します。

小惑星は非常に巨大で、宇宙探査機は非常に小さい...しかし、時間をかけてください。弱いロケットでも、巨大な岩を危険な軌道から逸らすことができます。

気候監視と同様に、小惑星から地球を守ることも、板挟みになっているようだ。 NASA も欧州宇宙機関も ( 欧州宇宙機関、ESA）には人類を救う使命はありません。彼らが行った最良のことは、宇宙防衛プログラムの調査 ( スペースガードの調査、NASA) 年間 400 万ドルの予算をかけて、地球近傍の宇宙で、地球のどの地域だけでなく、地球全体にも害を及ぼす可能性のある直径 1 km を超える天体を探索します。。しかし、これまでのところ、地球の近くに約2万隻いるはずの小型の「地域駆逐艦」を体系的に捜索している人は誰もおらず、必要に応じて警報を発する宇宙脅威総局も存在しない。セキュリティ技術が存在した場合、危険な侵入に対する保護を提供するには少なくとも 15 年かかるでしょう。「現時点で米国には包括的な計画はない」とラリー・レムケ氏は言う（ ラリー・レムケ）、NASAエイムソンセンターのエンジニア。

2007 年 3 月に議会からの要請に応じて、NASA は、100 ～ 1000 m のサイズの天体の検出は大型測量望遠鏡に任せることができるとの報告書を発表しました ( 大型シノプティック測量望遠鏡、LSST)、空を調査し、新しい天体を探すために開発されました。このプロジェクトの開発者らは、この望遠鏡が考案された形式では、運用開始から 10 年間 (2014 ～ 2024 年) 以内にこれらの天体の 80% を検出できると信じています。このプロジェクトにさらに 1 億ドルを投資すると、効率は 90% まで向上する可能性があります。

すべての地上の機器と同様に、LSST 望遠鏡の機能には制限があります。第一に、これには盲点があります。地球の軌道の近くを移動する最も危険な物体を、私たちの惑星のわずかに前か後ろに移動できるのは、太陽の光で発見するのが難しい朝または夕方の夜明けの光の中でのみです。第二に、この望遠鏡は小惑星の質量を明るさによって間接的にのみ決定できます。この場合、質量推定値は半分も異なる可能性があり、暗い大きな小惑星が小さいが軽い小惑星と混同される可能性があります。「そして、私たちが保護を必要とする場合、この区別は非常に重要になる可能性があります」とクレイボー氏は言います。

これらの問題を解決するために、NASA は 5 億ドルをかけて赤外線宇宙望遠鏡を建設し、太陽の周りの軌道上に設置することを決定しました。地球へのあらゆる脅威を検知し、さまざまな波長で天体を観察し、20%以内の誤差でその質量を決定できるようになります。「正しくやりたいなら、宇宙から赤外線を観測する必要がある」とドナルド・ヨーマンズは言う（ ドナルド・ヨーマンズ）レポートの共著者であるジェット推進研究所から。

小惑星がすでに地球に向かって移動している場合はどうすればよいでしょうか? 経験則では、小惑星を地球の半径だけ逸らすには、衝突の10年前に小惑星の速度を毎秒1ミリメートル変える必要があり、核爆発で小惑星を押すか、重力で引き戻す必要がある。

2004 年、NASA 地球近傍天体探査委員会はテストを推奨しました。 4億ドルのドン・キホーテ計画によると、400キロの障害物にぶつかって軌道を変えることになっている。反作用効果の結果として衝突後に物質が放出されると、小惑星の方向が変わりますが、この効果がどれほど強いかは誰にもわかりません。これを決定することがプロジェクトの主なタスクです。科学者は、衝突によって誤って地球との衝突コースに置かれないように、非常に遠い軌道で天体を見つけなければなりません。

2008 年の春、ESA は予備草案を完成させましたが、資金不足のためすぐに棚上げになりました。その計画を実行するために、NASA や日本の宇宙庁と協力しようとします ( 宇宙航空研究開発機構、JAXA）。

行動計画
おそらく専用の宇宙赤外線望遠鏡を使用して、小さな天体を含む小惑星を高度に検索します。
小惑星の偏向を制御する実験。
潜在的な危険性を評価するための正式なシステムの開発。

3. 新しい人生を探す

衛星が打ち上げられる前、科学者たちは太陽系が本当の楽園であると考えていました。その後、楽観的な見方は薄れた。アースの妹は生き地獄であることが判明した。埃っぽい火星に近づいたマリナーズは、そのクレーターのある風景が月の風景に似ていることを発見しました。バイキングたちはその表面に座っていましたが、有機分子を一つも見つけることができませんでした。しかしその後、生活に適した場所が発見されました。火星はまだ期待を示しています。惑星衛星、特にエウロパとエンケラドゥスには、広大な地下海と生命形成のための膨大な量の原料があるようです。金星もかつては海に覆われていた可能性があります。火星では、NASAは生物そのものを探しているのではなく、水の存在に焦点を当てて、過去または現在のそれらの存在の痕跡を探している。 8月に打ち上げられた最新のフェニックス探査機は、2008年に未踏の北極地域に着陸する予定だ。これは探査機ではなく、氷の堆積物を探すために土壌を数センチメートルの深さまで掘ることができるマニピュレーターを備えた固定装置です。火星科学研究所も飛行の準備を進めています（ 火星科学研究所、MSL）は、15億ドルの自動車サイズの火星探査車で、2009年末に打ち上げられ、1年後に着陸する予定です。

しかし、科学者たちは徐々に、生物やその遺体の直接的な探索に戻るだろう。 ESA は 2013 年に探査機 ExoMars を打ち上げる予定です ( エクソマーズ）、バイキングと同じ実験室と、有機化合物が破壊されない層に到達するのに十分な、土壌の深さ2メートルに到達できるドリルが装備されています。

多くの惑星科学者は、火星から地球にもたらされた岩石を研究することが優先事項であると考えています。アポロ計画が月で行ったように、たとえ少量でも分析できれば、地球の歴史を深く知る機会が得られるだろう。 NASAの予算の問題により、数十億ドル規模のプロジェクトは2024年に延期されたが、同局はすでにMSLのアップグレードを開始しており、コレクションのサンプルを保存できるようにしている。

木星の衛星エウロパについても、科学者たちは、月の形と重力場が木星からの潮汐の影響にどのように反応するかを測定するための周回衛星を設置したいと考えている。衛星内に液体がある場合、その表面は 30 m 上昇および下降しますが、そうでない場合はわずか 1 m です。磁力計とレーダーは、表面の下を観察して海の感触を得るのに役立ち、カメラは地図作成に役立ちます。着陸と掘削の準備中の地表。

タイタン付近でのカッシーニの研究の自然な拡張は、周回船と着陸船となるでしょう。タイタンの大気は地球のものと似ており、熱気球の使用が可能であり、時折地表に降下してサンプルを採取することができます。これらすべての目的はジョナサン・ルーニン氏によれば（ ジョナサン・ルーニン）アリゾナ大学の博士らは、「表面有機物を分析して、多くの専門家が地球上での生命の起源が始まったと信じている物質の自己組織化に進展があるかどうかをテストする」だろう。

2007 年 1 月、NASA はこれらのプロジェクトの検討を開始しました。同庁は2008年にヨーロッパとタイタンのどちらかを選択する予定だ。 20億ドル規模の調査は今後10年以内に開始される可能性がある。 2番目の天体はさらに10年待たなければなりません。

結局のところ、地上の生命は独特であることが判明するかもしれません。これは悲しいことですが、すべての努力が無駄になったわけではありません。ブルース・ジャコスキー氏によれば、 ブルース・ジャコスキー）コロラド大学の宇宙生物学センター所長である彼は、宇宙生物学によって、生命がいかに多様であるか、その前提条件は何か、そして 40 億年前に地球上でどのように始まったかを理解することができます。

行動計画
火星の土壌サンプルを入手する。
エウロパとタイタンの探検の準備。

4. 惑星の起源への手がかり

生命の起源と同様、惑星の形成も複雑な複数の段階からなるプロセスでした。木星が最初で、その後他のものを支配しました。この教育にはどのくらいの時間がかかりましたか? それとも、小さな星のような単一の重力圧縮から始まったのでしょうか？重元素の異常に高い含有量が示すように、太陽から遠く離れたところで形成され、その後太陽に近づいたのだろうか？そして同時に、彼は自分の進路に沿って小さな惑星を押し出すことができるだろうか？ NASA が 2011 年に打ち上げを計画している木星の衛星ジュノーは、これらの疑問の答えに役立つはずです。

2006年に彗星の固体核を取り囲むコマから塵のサンプルを届けたスターダスト探査機のアイデアの発展も、惑星の形成を理解するのに役立つだろう。プロジェクトリーダーのドナルド・ブラウンリー氏によると、 ドナルド・ブラウンリー) ワシントン大学スターダストの研究者らは、彗星が太陽系形成初期の原始太陽系星雲物質を巨大に収集しており、その物質は氷となって今日まで保存されていたことを示した。「スターダストは、太陽系内部や太陽系外の源から、さらには冥王星のような破壊された天体からも顕著な塵粒子を持ち帰ってきましたが、それらは非常に少数です。」 JAXAは彗星の核からサンプルを採取する計画だ。

月は天体考古学研究のプラットフォームにもなり得ます。これは、若い太陽系の衝突の歴史を理解するための一種のロゼッタストーンでした。それは、クレーターの数え方によって決定される表面の相対的な年代と、アポロとロシアのルナによって戻されたサンプルの絶対的な年代を結び付けるのに役立つためです。しかし1960年代。着陸船はほんの数か所しか訪れませんでした。彼らは、地球の裏側にある大陸ほどの大きさの盆地であるエイトケン・クレーターには到達できなかった。その年代は、惑星の形成がいつ終わったかを示している可能性がある。 NASAは現在、サンプルを採取して地球に持ち帰るためにロボットを派遣することを検討している。

太陽系のもう一つの謎は、メインベルトの小惑星が火星よりも前に形成され、火星が地球よりも前に形成されたように見えることです。おそらく木星によって引き起こされた、惑星形成の波が内側に向かっているようです。しかし、金星はこのパターンに当てはまりますか? 結局のところ、酸性の雲、巨大な圧力、地獄のような気温があるこの惑星は、着陸するのに最も快適な場所ではありません。 2004年、NRCは、一時的に地表に降下してサンプルを採取し、分析するか地球に送り返すために必要な高度を獲得できる気球を配備することを推奨した。 1980年代半ば。ソ連はすでに金星に探査機を送り込んでおり、現在ロシア宇宙庁は新たな着陸船の打ち上げを計画している。

惑星形成の研究は、ある意味、生命の起源の研究に似ています。金星は生命圏の内側の端に位置し、火星は外側の端にあり、地球は中央にあります。これらの惑星の違いを理解することは、太陽系外の生命の探索を進めることを意味します。

行動計画
彗星、月、金星の核から物質のサンプルを入手します。

5. 太陽系を超えて

2 年前、伝説的なボイジャーは金融危機を克服しました。 NASA がプロジェクトを中止すると発表したとき、世論の反発により作業の継続を余儀なくされました。ボイジャー 1 号ほど私たちから遠く離れた人工物はありません。103 天文単位 (AU)、つまり、太陽から地球までの 103 倍に、さらに 3.6 a.u. を加えます。 2002 年か 2004 年に (さまざまな推定によると)、太陽風の粒子が星間ガスの流れと衝突する、太陽系の神秘的な多層境界に到達しました。

しかし、ボイジャーは星間空間ではなく、外惑星を探索するように設計されています。彼らのプルトニウム動力源は枯渇しつつある。 NASA は長い間特別な探査機の作成を検討しており、2004 年の太陽物理学に関する NRC 報告書は NASA にこの方向での作業を開始するよう勧告しています。

外部境界

星間探査機は、太陽から放出されたガスが星間ガスと出会う太陽系の境界領域を探査する必要がある。ボイジャーやパイオニアにはないスピード、耐久性、装備を備えていなければなりません。

この探査機は、どれだけの量の複雑な有機物が外部から太陽系に侵入したかを判断するために、星間粒子のアミノ酸含有量を測定する必要がある。彼はまた、小型ブラックホールや暗黒物質で誕生する可能性のある反物質粒子を見つける必要もあります。太陽系の端が地球の気候に影響を与える可能性のある宇宙線を含む物質をどのように反射するかを決定する必要がある。彼はまた、私たちの周りの星間空間に、星の形成に重要な役割を果たす可能性のある磁場があるかどうかを調べる必要もあります。この探査機は小型宇宙望遠鏡として使用でき、惑星間塵の影響を受けずに宇宙観測を行うことができます。それは、2台の遠方宇宙探査機パイオニア10号とパイオニア11号に作用する説明のつかない力、いわゆるパイオニア異常の研究に役立ち、太陽の重力が遠くの光源からの光線を焦点に集める場所を示すことによってアインシュタインの一般相対性理論をテストすることにもなるだろう。。エリダヌス座イプシロンなど、近くにある恒星の一つを詳細に研究するために使用できるかもしれないが、そこに到達するには数万年かかるだろう。

科学者の生涯の間に数百天文単位の距離にある天体（およびプルトニウムのエネルギー源）に到達するには、15 天文単位の速度まで加速する必要があります。年に。これを行うには、原子炉またはソーラーセイルを動力源とするイオンエンジンを備えた、それぞれ重、中、軽の 3 つのオプションの 1 つを使用できます。

大型 (36 t) 探査機と中型 (1 t) 探査機は、Thomas Zurbuchen 率いるチームによって 2005 年に開発されました ( トーマス・ズルブッヘン) ミシガン大学アナーバー校出身、ラルフ・マクナット ( ラルフ・マクナット) ジョンズ・ホプキンス大学応用物理研究所出身。しかし、起動するには最も簡単なオプションのほうが受け入れられやすいようです。 ESAは現在、ロバート・ウィマー＝シュヴァイングルーバー率いる国際科学者チームからの提案を検討している（ ロバート・ウィマー＝シュヴァイングルーバー) ドイツのキール大学出身。 NASAもこのプロジェクトに参加するかもしれない。

直径 200 メートルのソーラーセイルは、500 キログラムの探査機を加速することができます。地球から打ち上げられた後、強力な太陽光の急増を捉えるために、太陽に向かって突進し、できるだけ太陽の近く（水星の軌道の内側）を通過する必要があります。ウィンドサーファーのように、宇宙船は動き始めます。木星の軌道に入る前に、帆を降ろして自由に飛行しなければなりません。しかしその前に、エンジニアは十分に軽いセイルを開発し、簡易バージョンでテストする必要があります。

「ESAやNASAの後援によるこのようなミッションは、宇宙探査における次の当然のステップとなるだろう」とウィマー・シュヴァインルーバー氏は言う。今後 30 年間で、このプロジェクトの費用は 20 億ドルと推定されており、惑星を研究することは、地球が全体的な計画にどのように適合するかを理解するのに役立ち、また、星間近傍を研究することは、太陽系全体についても同じことを知るのに役立ちます。

「ボストーク1号」で大空を突き破り、彼はそのまま宇宙へ落下した。世界は征服されました。女性たちは英雄の足元に花を落としながら金切り声を上げ、各国の指導者、純朴なイギリス女王、そして気さくな革命家フィデルは、かつて自分たちの兄弟として生きた中で最も魅力的な男を抱きしめた。その後、宇宙飛行士レオノフが宇宙に出、テレシコワが月へ飛行し、冥王星が惑星と呼ばれる権利を剥奪され、目に見える宇宙の進歩は見られなかった。 SF作家のブラッドベリはこれに同意したが、セルゲイ・パブロヴィチ・コロレフは非常に不満だろう。人類は月にさえ行ったことがないことをどうやって彼に説明できるでしょうか？

残念だ、同志諸君。しかし、近年は大きな変化が見られ、すべてが計画通りに進めば、2020 年から 2030 年までの 10 年間が新たな 60 年代となることが予想されています。ロスコスモス、NASA、欧州宇宙機関が現在どのような取り組みをしているのか見てみましょう。

1. 小惑星から脱出する。バージョン #1

映画「アルマゲドン」の神聖なアイデアは、科学的というよりも幻想的で、宇宙探検家の心の中に生き続けています。すべてが人的被害なしで済むだけだ。ドローンは単に小惑星の荒れた表面に着陸し、何も考えずにさまよう天体を月や地球の周りの安定した軌道に向け直すだけだ。

これは地球を救うためには必要ありませんし、これはある種の気まぐれではなく、小惑星は単に訓練目的で使用されるだけです。まず第一に、この小惑星では、月、火星、その他の宇宙体への着陸のリハーサルができるので、宇宙飛行士はこの状況でどのように行動するかを知ることができます。さらに、小惑星の土壌分析も可能となり、太陽系の起源に関する新たな情報を得ることができるようになる。天体の捕捉が具体的にどのように行われるかはまだ決まっていない。検討されている選択肢には、小惑星を保持するために巨大な膨張式コンテナを使用することが含まれている。

2. 小惑星から脱出する。バージョン #2

欧州宇宙機関は小惑星との戦いについて独自の見解を持っており、それは映画の標準的な方法に近いものです。 AIDA (小惑星衝突・偏向評価) プロジェクトは、2022 年に地球に 1,100 万キロメートルまで接近する二重小惑星ディディムに対する人類初のミッションです。本体の直径は約800メートル、衛星の直径は150メートルです。両方の小惑星は、約 1 キロメートルの距離にある共通の質量中心の周りを周回しています。

2014 年にこのプロジェクトはと呼ばれていましたが、いつものように資金がなくなり、NASA が助けに来ました。さて、成功した場合には栄冠を分けなければなりません。

NASAが開発したDART衝突探査機は秒速約6.5キロメートルの速度で小惑星の衛星に衝突し、欧州宇宙機関（ESA）のAIM装置は2つの天体の軌道探査に従事する。「自殺探査機」の衝突の結果。この衝突実験は、専門家が小惑星を軌道の外に押し出すことが可能かどうかを理解するのに役立つはずだ。

3. 月面基地

未確認の報告によると、これは2030年代初頭に起こると言われており、天才ブルースマンがこの地に足を踏み入れたとされる同名からほぼ70年後となる。しかし今回は単なる表敬訪問ではなく、衛星上での本格的な応援が予定されている。この基地は2～3人用に設計されており、より遠い惑星の探索に出発する乗組員にとっては一種のピットストップであるだけでなく、一種の鉱山でもある。知らない人はいないでしょうが、彼らは月で水素を抽出し、それをロケット燃料に変えることを計画しています。

4.「ルナグロブ」

しかし、私たちの勇敢な宇宙飛行士たちは月にも目を向けています。実際、これはロシアがまだ放棄していないこの規模の唯一の独立プロジェクトである。

確かに、月に宇宙基地を建設するのはまだ遠い見通しだが、人工地球衛星の研究のための惑星間自動ステーションのプロジェクトは現時点でかなり実現可能であり、数年前からロシアの主なプロジェクトはLuna-Glob プログラム - 実際、これは月面定住の可能性に向けて必要な最初のステップです。

この探査機は、月面への着陸メカニズムを解明し、月の土壌を研究する予定です。掘削して土壌サンプルを採取し、氷の存在をさらに分析します（水は宇宙飛行士の生命にとっても、潜在的にはロケットの水素燃料としても必要です）。）。

発売はさまざまな理由で何度も延期され、これまでのところ2015年で止まっている。将来的には、2030年代に計画されている有人飛行の前に、ルナ・レシュールを含むさらに重い探査機をいくつか打ち上げる予定で、月の研究や将来の宇宙飛行士の着陸に必要な準備措置も行う予定だ。

しかし、私たちの宇宙的な尊厳を急いで批判しないでください。例えばロシアは、アメリカ人、ヨーロッパ人、カナダ人、日本人の宇宙飛行士を着々と宇宙に送り込んでいる。国産ソユーズの座席は今後何年にもわたって売り切れ状態が続きます。他の国々も宇宙飛行の準備においてロシアの経験を取り入れている。フランスでは最近、無重力状態をシミュレートするロシアの宇宙飛行士訓練プログラムが開始された。

長い間、億万長者を宇宙旅行者として送り込むビジネスを行っていたのは私たちだけだったということを忘れないでください。

私たちはまず、プレセツク宇宙基地の問題を解決し、GLONASSを開発し、軌道上の個々の宇宙船の整備システムを考案し、それなしでは宇宙探査は不可能であるその他の小さな作業を行う必要があります。だから、すべてはこれからだ、ユラはこれからも私たちを誇りに思うだろう。

5. ジュピターへ進む

木星は将来の宇宙探査にとってあまりにも有望な惑星に見えます。そして、彼には火星や月のように神経を尖らせる時間もなかった。研究者たちは、氷の広がりを持つ惑星エウロパの衛星に特に興味を持っています。太陽から遠く離れているため、エウロパはほとんど熱を受けませんが、氷の下には液体の水が存在し、地球内部の地殻活動によって加熱されている可能性があります。そこに到達するには、熱の影響を利用して数キロメートルの厚さの氷の中を進むことができるクライオボットが必要です。 NASA はすでに、Valkyrie と呼ばれるそのような装置の開発に取り組んでいます。この装置は搭載された核エネルギー源を使って水を加熱し、ジェットを氷に当てて氷を溶かします。その後、ヴァルキリーは溶けた水を集めて同じ手順を繰り返し、徐々に前進します。アラスカでのテスト中、サンプルは 1 年かけて 8 キロメートルの氷を乗り越えました。その結果、この遠征が実現すれば、科学者たちは生命の起源に適した条件を初めて発見できると期待している。

しかし、栄光に貪欲なヨーロッパ人は、木星探査者の栄冠を自分のものにしようと全力で取り組んでいます。 2022年には、惑星間自動ステーションJupiter Ice Moon Explorerを木星に送る予定だ。この衛星は直ちに、いわゆるガリレオ群に属する木星に最も近い最大の3つの衛星、エウロパ、ガニメデ、カリストを探査する予定だ。予定時刻に打ち上げに成功すれば、2030年に木星系に到達する予定だ。

6. アルファ・ケンタウリへの飛行

太陽系内の探検は、アルファ・ケンタウリのような人も含め、誰にとっても印象深いものではありません。すべての希望は、NASA と米国国防高等研究計画局の共同プロジェクトである「100 周年記念宇宙船」にのみあります。すべてが順調であれば、人類は、現在の新生児が生きている間に、太陽系の外で最も近い星に行くことになります。少なくとも、プロジェクトリーダーらは、反物質エンジンなど、星間旅行に必要な技術を今後100年以内に開発すると期待している。宇宙での長期滞在による人体への影響を防ぐ対策も考える必要がある。現在の科学の現状を考慮すると、ミッションが成功する可能性はごくわずかであるように思われます。ただし、このプロジェクトへの資金提供は増えているため、チャンスはあります。

7. ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡

ハッブル望遠鏡には、20 年にわたって開発が続けられている後継機があります。しかし、この長く待つ価値はあります。人類はついに、私たちから何十億光年も離れた宇宙の最も遠い天体を観察できるようになるでしょう。たとえば、ビッグバン後に形成される最初の星や銀河の一部を垣間見ることができるでしょう。しかし、すべてがそれほどバラ色だったわけではありません。多くの天体物理学者は、特にテスト中に何度も失敗し、際限なく予算が余ったため、この接眼レンズの有効性に自信を持っていません。しかし、待ってください。残された時間はあまり多くありません。わずか 1 年です。

8. 火星への旅

彼らはあまりにも多くのことを言うので、何らかの理由で私たちがすでにそこに飛んでいるように見えます。さらに、NASAだけでなく、新興企業のスペースX社やブルー・オリジン社もこの飛行を争っている。一方、NASAは急いでいないので、顔が青くなる前に地球上のすべてのリスクを計算し、一連のテスト（小惑星を助ける）を行ってから、初めて地球に人を送り込む方が良いと考えています。星間質量。彼らはこれを2030年に計画しているが、おそらくこの飛行は延期されるだろう。なぜならここ数年、宇宙機関の人たちは予算が足りないと不満ばかり言っていたからだ。オランダの企業マーズ・ワンは、2026年に遠征隊を送る計画を立てているが、このプロジェクトは単に維持不可能であるという事実によって定期的に危険にさらされている。飛行の候補者の中には、この運動全体の主催者が必要な資金を集めていないが、後援を期待し続けていると言う人もいる。

欧州宇宙機関も独自の火星ミッション計画を持っている。これらの同志たちは、2033 年に近い火星に人間を着陸させたいと考えています。同庁の経営陣は、資金不足のため国際協力に頼らざるを得なくなるだろうと述べている。たとえば、ロシアは ExoMars と呼ばれる計画の段階の 1 つに関与しています。しかし、この段階は、その段階での生命の可能性の研究とは関係ありません。

現在、主要な宇宙機関は、SpaceX プログラムが火星探査の点で最も有望であると認識しています。これは主に、現在 ISS に貨物を届けているシャトルロケット Falcon 9 のおかげです。このロケットの特別な機能は、第 1 段を着陸させて再利用できることです。このテクノロジーは火星ミッションに最適です。

提案されているスタートラム宇宙打ち上げシステムは、建設と実装の開始に推定200億ドルかかると見込まれており、ペイロード1キログラム当たり40ドルという非常に手頃な価格で、最大30万トンの貨物を軌道に運ぶ能力が約束されている。現在、1 kg のペイロードを宇宙に運ぶコストがせいぜい 11,000 ドルであることを考えると、このプロジェクトは非常に興味深いものに見えます。

Startram プロジェクトにはロケット、燃料、イオンエンジンは必要ありません。これらすべての代わりに、ここでは磁気反発技術が使用されます。磁気浮上列車の概念は決して新しいものではないことは注目に値します。地球上ではすでに、磁気表面に沿って時速約 600 キロメートルの速度で移動する列車が運行されています。しかし、これらのリニアモーターカー (主に日本で使用されているもの) には、最高速度を制限する大きな障害が 1 つあります。これらの列車がその潜在能力を最大限に発揮し、可能な限り最高の速度を達成するには、列車の速度を低下させる風化を取り除く必要があります。

スタートラムプロジェクトは、高度約 20 キロメートルに長い吊り下げ真空トンネルを建設することで、この問題の解決策を提案しています。この高度では空気抵抗が少なくなり、宇宙への打ち上げをより高速かつより少ない抵抗で実行できるようになります。宇宙船は文字通り、大気圏を突破することなく宇宙に発射されます。このようなシステムを実現するには、約 20 年の作業と総額 600 億ドルの投資が必要です。

小惑星キャッチャー

SF ファンの間では、かつて、アメリカの有名な SF スリラー「アルマゲドン」に描かれている、反科学的な手法と、小惑星への着陸の明らかに過小評価されている複雑さについて、激しい議論が巻き起こりました。 NASA でさえ、地球を差し迫った破壊から救おうとするなら、もっと良い（そしてより現実的な）選択肢があっただろうとかつて指摘したことがある。さらに、航空宇宙庁は最近、「彗星および小惑星キャッチャー」の開発と建設に対する助成金を授与しました。この宇宙船は、特別な強力な銛で選択された宇宙物体にしがみつき、エンジンの力を利用してこれらの物体を地球への危険な接近軌道から引き離します。

さらに、この装置は小惑星から鉱物をさらに抽出する目的で小惑星を捕捉するために使用することもできます。宇宙物体は銛によって引き寄せられ、例えば火星や月の軌道など、軌道基地や地上基地が設置される所望の場所に運ばれます。その後、採掘グループが小惑星に送られます。

ソーラープローブ

地球と同じように、太陽にも独自の風や嵐があります。しかし、地球上の風とは異なり、太陽風は髪をダメにするだけでなく、文字通り蒸発させてしまう可能性があります。 NASA 航空宇宙機関によると、太陽に関するまだ答えのない多くの疑問は、2018 年に私たちの著名人に送られる太陽探査機によって答えられるでしょう。

探査機は約600万キロメートルの距離で太陽に近づく必要がある。これは、探査機がこれまで人工宇宙船が経験したことのないような強力な放射線エネルギーの影響を経験しなければならないという事実につながります。エンジニアや科学者によると、厚さ12センチメートルのカーボン複合熱シールドが有害な放射線の影響からプローブを保護するのに役立つという。

ただし、NASA は探査機をそのまま太陽に送ることはできません。探査機は金星の周りを少なくとも7回周回する必要がある。そしてこれには約7年かかります。回転するたびにプローブの速度が上がり、軌道が正しいコースに調整されます。最後のフライバイの後、探査機は太陽の表面から580万キロ離れた太陽の軌道に向かって進みます。したがって、それは太陽に最も近い人工宇宙物体となるでしょう。現在の記録は、太陽から約 4,350 万キロメートル離れた宇宙探査機ヘリオス 2 によるものです。

火星の前哨基地

将来の火星やヨーロッパへの飛行に関する新たな見通しは非常に大きい。 NASAは、地球規模の大変動や殺人小惑星の落下によってそれらが阻止されなければ、今後20年以内に火星の地表に人員を派遣すると考えている。 NASAはすでに将来の火星前哨基地の構想さえ提示しており、その建設は2030年代後半のどこかで開始される予定である。

計画された調査地域は半径約100キロメートルとなる。住宅モジュール、科学複合施設、火星探査機用の駐車場、および 4 人チーム用の採掘機器が設置されます。複合施設のエネルギーは、いくつかの小型原子炉によって部分的に生成されます。さらに、電気は太陽電池パネルによって生成されますが、火星の砂嵐が発生した場合には、当然ながら効果がなくなります（したがって、小型の原子炉が必要になります）。

時間が経つと、多くの科学チームがこの地域に定住することになるが、彼らは自分たちで食料を栽培し、火星の水を集め、さらには地球へ帰還するためのロケット燃料を現地で作成する必要があるだろう。幸いなことに、火星の基地の建設に必要な多くの有用な資材は火星の土壌に直接含まれているため、最初の火星のコロニーを設立するために何かを運ぶ必要はありません。

NASA アスリート探査車

クモのような探査車「アスリート」（全地形六肢地球外探査車）は、いつか月に植民地化するでしょう。全方向に回転できる 6 本の独立した脚で構成される特別なサスペンションのおかげで、探査機はどんな複雑な地面でも移動できます。同時に、車輪の存在により、より平坦な面ではより速く移動できます。

この六脚には、さまざまな科学機器や作業機器を装備することができ、必要に応じて移動式クレーンの役割にも簡単に対応できます。たとえば、上の写真では、ATHLETE に居住モジュールがインストールされています。つまり、ローバーは移動住宅としても使用できます。アスリートの身長は約4メートル。同時に、最大400kgの物体を持ち上げて輸送することができます。そして、これは地球の重力の中でです！

ATHLETE の最大の利点はサスペンションにあり、これにより、過去および現在使用されている固定式着陸船とは異なり、驚くべき機動性と重量物を輸送するという困難な仕事を遂行する能力が得られます。 ATHLETE を使用するためのオプションの 1 つは 3D プリントです。 3Dプリンターを搭載すれば、月面住居用の移動式印刷装置として探査機を利用できるようになる。

3Dプリントされた火星の家

火星への有人ミッションの準備を進めるために、NASA は、火星の住宅を 3D プリンティングで建設できるようにする 3D プリンティング技術の開発と後援を目的とした建築コンテストを開催しました。

コンテストの唯一の要件は、火星の採掘に広く入手可能な材料を使用することでした。優勝したのは、火星の家「ICE HOUSE」のコンセプトを提案した、ニューヨークの2つのデザイン会社、Team Space Exploration ArchitectureとClouds Architecture Officeでした。このコンセプトは氷をベースにしています (それが名前の由来です)。建物の建設は火星の氷地帯で行われ、土や氷を収集してモジュールの周囲に構造物を構築する多数の小型ロボットを積んだ着陸船モジュールがそこに送られる。

構造の壁は、水、ゲル、シリカの混合物でできています。火星の表面の低温のおかげで物質が凍ると、居住に非常に適した二重壁の部屋が出来上がります。最初の壁は氷混合物で構成され、放射線からの追加の保護を提供します; 2 番目の壁の役割はモジュール自体によって実行されます。

先進的なコロナグラフ

太陽コロナ（荷電粒子からなる星の大気の外層）の詳細な研究は、ある状況によって妨げられています。そして、この状況は、どんなに皮肉に聞こえるとしても、太陽そのものなのです。この問題の解決策は、いわゆる体積式ソーラー調光器、つまり超濃い色のチタン合金で作られたテニスボールよりわずかに大きいボールである可能性があります。調光器の本質は次のとおりです。調光器は太陽に向けられた分光器の前に設置され、それによって小型日食を作り出し、太陽コロナだけを残します。

NASA は現在、SOHO および STEREO 宇宙船でフラットソーラーシェーディングを使用していますが、このようなデバイスのフラットな設計により、ある程度のぼやけや不必要な歪みが生じます。この問題の解決策は宇宙そのものによって提案されました。地球には、約 40 万キロメートル離れたところに独自の太陽遮蔽物があることが知られています。もちろん、この遮蔽物は月であり、そのおかげで私たちは時折日食を目撃することができます。

NASA の体積調光器は、もちろん、太陽を探査する宇宙船に対してのみ、月食の効果を再現する必要がありますが、分光器から 2 メートルの距離に設置されているため、調光器は何もせずに太陽コロナを研究するのに役立ちます。問題、干渉、歪みなど。

ミツバチロボティクステクノロジーズ

さまざまな宇宙技術の開発と生産に従事する西洋の小規模民間企業であるハニービー・ロボティクスは、最近、航空宇宙機関 NASA から、小惑星リダイレクトシステム宇宙計画のための 2 つの新しい技術開発を実行するよう命令を受けました。このプログラムの主な目的は、小惑星を研究し、将来地球に衝突する可能性のある脅威に対抗する方法を見つけることです。さらに、同社は他にも同様に興味深いものを開発中です。

たとえば、これらの開発の 1 つは、小惑星に特殊な発射体を発射し、宇宙物体から破片を発射する宇宙銃です。この方法で小惑星の一部を撮影すると、特別な宇宙船がロボットの爪で小惑星を捕らえ、月周回軌道に輸送します。そこで科学者は小惑星の構造をより詳細に研究することができます。 NASA は、イトカワ、ベンヌ、2008 EV5 の 3 つの小惑星のいずれかでこの装置をテストする予定です。

2 番目の開発は、小惑星から土壌サンプルを収集するための、いわゆるスペースナノドリルです。ドリルの重さはわずか1キログラムで、サイズは平均的なスマートフォンよりわずかに大きいです。このドリルはロボットまたは宇宙飛行士によって使用される予定です。さらなる分析に必要な量の土壌を収集するために使用されます。

太陽衛星 SPS-ALPHA

SPS-ALPHA は、数万枚の薄い鏡で構成される太陽エネルギーを動力とする軌道宇宙船です。蓄積されたエネルギーはマイクロ波に変換されて特別な地球局に送り返され、そこから送電線に送られて都市全体に電力を供給します。

このプロジェクトは、今日のセレクションで紹介されたプロジェクトの中でおそらく最も実装が難しいプロジェクトの 1 つです。まず、説明されている SPS-ALPHA プラットフォームのサイズは、国際宇宙ステーションよりもはるかに大きくなります。その建設には多大な時間、宇宙飛行士エンジニアの全軍、そして巨額の資金の投資が必要となる。その巨大なサイズのため、プラットフォームは軌道上に直接構築する必要があります。一方、プラットフォーム要素は、大量生産の観点からは比較的安価で単純な材料で作られます。これは、プロジェクトが自動的に「不可能」から「非常に複雑」に移行することを意味し、その結果、可能性が広がります。いつかそれが実現することを願っています。

プロジェクト「目的のヨーロッパ」

Objective Europa プロジェクトは、これまでに提案された中で最もクレイジーな宇宙探査アイデアです。その主な目的は、特別な潜水艦に乗って木星の衛星の一つであるエウロパに人を送り込むことであり、これにより衛星の氷河下の海で生命体の可能性の探索が行われることになる。

このプロジェクトの狂気をさらに高めるのは、これが一方通行のミッションであるという事実です。エウロパに行くことを決めた宇宙飛行士は、実際に科学の利益のために自分の命を犠牲にすることに同意しなければならないと同時に、現代天文学の最も秘密な質問、つまり地球以外に宇宙に生命は存在するのか?に答える機会を得る必要がある。

Objective Europa プロジェクトのアイデアは Christin von Bengston に属します。 Bengston 氏は現在、このプロジェクトの資金を集めるクラウドソーシングキャンペーンを実施しています。潜水艦自体には最新の技術が搭載される予定です。超強力なドリル、多次元牽引エンジン、強力なサーチライト、そしておそらく一対の多機能ロボットアームが登場するでしょう。エウロパに向かう宇宙船と同様に、潜水艦には強力な放射線防護が必要となる。

着陸地点の選択は重要です。エウロパのほぼ全面の氷の厚さは数キロメートルであるため、氷の地殻がそれほど強くなく厚くない断層や亀裂の隣に装置を着陸させるのが最善です。もちろん、このプロジェクトは道徳的な問題を含む多くの疑問を引き起こします。

2011年、米国は再利用可能なスペースシャトルを備えた宇宙輸送システム複合体の運用を停止し、その結果、ロシアのソユーズファミリー船が宇宙飛行士を国際宇宙ステーションに送り届ける唯一の手段となった。今後数年間はこの状況が続き、その後はソユーズに対抗できる新たな船が登場すると予想されている。有人宇宙飛行の分野では、国内外で新たな発展が生まれています。

ロシア連邦"

過去数十年にわたり、ロシアの宇宙産業はソユーズの代替に適した有望な有人宇宙船を開発する試みを何度も行ってきた。しかし、これらのプロジェクトはまだ期待された成果につながっていません。ソユーズに代わる最新かつ最も有望な試みは、有人バージョンと貨物バージョンの再利用可能なシステムの構築を提案する連邦プロジェクトです。

船「フェデレーション」の模型。写真: ウィキメディア・コモンズ

2009 年、エネルギアロケット宇宙企業は、「先進的有人輸送システム」と呼ばれる宇宙船の設計を受注しました。「連盟」という名前が現れたのはわずか数年後のことです。 RSC Energia は最近まで、必要な文書を作成していました。新型艦の１番艦は昨年３月に建造が始まった。間もなく、完成したサンプルがスタンドやテスト場でテストされます。

最新の発表された計画によると、連邦初の宇宙飛行は2022年に行われ、船は軌道上に貨物を送り込む予定だ。乗組員を乗せた初飛行は2024年に計画されている。必要な検査を実施した後、船はより大胆な任務を遂行できるようになります。したがって、今後 10 年の後半には、月の無人飛行と有人飛行が行われる可能性があります。

この船は、再利用可能なリターナブル貨物乗客室と使い捨てのエンジンコンパートメントで構成され、最大17～19トンの質量を持つことができ、その目的とペイロードに応じて、最大で17トンから19トンまで搭載できる予定です。宇宙飛行士6人または2トンの貨物。帰還時には、降下モジュールに最大 500 kg の荷物を積むことができます。さまざまな問題を解決するために、この船のいくつかのバージョンが開発されていることが知られています。適切な構成があれば、連邦は人や貨物を ISS に送ったり、独立して軌道上で活動したりすることができます。この船は将来の月への飛行にも使用されることが期待されています。

数年前にシャトルがなくなってしまったアメリカの宇宙産業は、閉鎖されたコンステレーション計画のアイデアを発展させた有望なオリオン計画に大きな期待を寄せている。このプロジェクトの開発には、米国内および海外のいくつかの主要組織が関与しています。したがって、欧州宇宙機関が組立コンパートメントの作成を担当し、エアバスがそのような製品を製造します。アメリカの科学と産業はNASAとロッキード・マーチンに代表されます。

オリオン船の模型。写真提供：NASA

現在の形のプロジェクトオリオンは 2011 年に発足しました。この時までに NASA はコンステレーション計画の作業の一部を完了していましたが、計画は放棄されなければなりませんでした。特定の開発内容は、このプロジェクトから新しいプロジェクトに移行されました。すでに2014年12月5日、アメリカの専門家は無人構成で有望な船の最初の発射試験を実施することに成功しました。まだ新たな発売はありません。確立された計画に従って、プロジェクトの作成者は必要な作業を完了する必要があり、それが完了して初めてテストの新しい段階を開始することができます。

現在の計画によると、スペーストラック構成でのオリオン宇宙船の新たな飛行は、スペース・ローンチ・システム打ち上げロケットの出現後の2019年にのみ行われる予定です。無人バージョンの船はISSと連携し、月の周りを飛行する必要がある。 2023年からは宇宙飛行士がオリオン座に搭乗することになる。月の接近飛行を含む長期間の有人飛行は、今後 10 年後半に計画されている。将来的には、火星計画でオリオンシステムが使用される可能性も排除されません。

最大打ち上げ重量25.85トンのこの船は、容積が9立方メートル弱の密閉されたコンパートメントを備えており、かなり大きな貨物や人を輸送できるようになる。最大6人を地球周回軌道に輸送することが可能となる。「月」の乗組員は宇宙飛行士4名に限定される。船の貨物改造により、最大 2 ～ 2.5 トンの貨物を持ち上げることができますが、より小さな質量を安全に返送する可能性があります。

CST-100 スターライナー

オリオン宇宙船の代替として、NASA 民間乗組員輸送能力プログラムの一環としてボーイング社が開発した CST-100 スターライナーが検討されます。このプロジェクトには、数人を軌道に乗せて地球に帰還できる有人宇宙船の作成が含まれます。機器の使い捨てに関するものを含む多くの設計上の特徴により、宇宙飛行士が一度に座れる座席を 7 つ装備することが計画されています。

軌道上の CST-100 は、これまでのところアーティストの想像の中にだけあります。 NASAの図面

スターライナーは、ボーイングとビゲロー・エアロスペースによって2010年から開発されています。設計には数年かかり、新しい船の最初の進水はこの10年半ばに予想されていました。しかし、いくつかの困難により、試験打ち上げは何度か延期されました。最近の NASA の決定によると、貨物を搭載した CST-100 宇宙船の最初の打ち上げは、今年 8 月に行われる予定です。さらに、ボーイングは11月に有人飛行の許可を取得した。どうやら、有望な船はごく近い将来にテストの準備が整い、新たなスケジュール変更は必要なくなるようです。

スターライナーは、より控えめな目標という点で、米国や外国で設計された有望な有人宇宙船の他のプロジェクトとは異なります。製作者の構想通り、この船はISSや現在開発中の他の有望なステーションに人々を送り届けなければならない。地球の軌道を越える飛行は計画されていない。これらすべてにより、船舶の要件が軽減され、その結果、大幅な節約が可能になります。プロジェクトコストの削減と宇宙飛行士の輸送コストの削減は、優れた競争上の優位性となります。

CST-100 船の特徴は、そのかなり大きなサイズです。居住用カプセルの直径は4.5メートル強、船の全長は5メートルを超え、総質量は13トンとなるが、最大の内容積を得るために大きな寸法が使用されることに注意する必要がある。機器と人を収容するために、容積 11 立方メートルの密閉コンパートメントが開発されました。宇宙飛行士用の座席を7席設置できるようになる。この点で、スターライナー船は、運航にこぎ着ければ、リーダーの一つになる可能性がある。

ドラゴンV2

数日前、NASAはスペースX社の宇宙船の新たな試験飛行の時期も決定した。したがって、ドラゴンV2タイプの有人宇宙船の最初の試験打ち上げは2018年12月に予定されています。本製品は、すでに使用されている人を運ぶことができるドラゴンの「トラック」を再設計したものです。プロジェクトの開発はかなり前に始まりましたが、今ようやくテストに近づいています。

ドラゴンV2船レイアウトDJのプレゼンテーションタイム。写真提供：NASA

Dragon V2 プロジェクトには、人の輸送に適した再設計された貨物室の使用が含まれます。顧客の要件に応じて、このような船は最大 7 人を軌道上に持ち上げることができると言われています。前任者と同様に、新しいドラゴンは再利用可能であり、軽微な修理後に新たな飛行が可能になります。このプロジェクトは過去数年間にわたって開発が進められてきましたが、テストはまだ始まっていません。 SpaceX が Dragon V2 を初めて宇宙に打ち上げるのは 2018 年 8 月になるでしょう。この飛行は宇宙飛行士が搭乗せずに行われます。 NASAの指示に従って、本格的な有人飛行は12月に計画されている。

SpaceXは、有望なプロジェクトに対しては大胆な計画を立てることで知られており、有人宇宙船も例外ではありません。 Dragon V2 は当初、人を ISS に送ることのみを目的としていました。このような船を数日間続く独立した軌道ミッションで使用することも可能です。遠い将来、月に船を送ることが計画されています。さらに、その助けを借りて、彼らは宇宙旅行の新しい「ルート」を組織したいと考えています。商業ベースで乗客を乗せた乗り物が月の周りを飛行することです。しかし、これらすべてはまだ遠い将来の問題であり、船自体は必要なすべてのテストに合格する時間すらありません。

中型サイズの Dragon V2 船には、容積 10 立方メートルの加圧コンパートメントと、加圧されていない 14 立方メートルのコンパートメントがあります。開発会社によると、3.3トン強の貨物をISSに輸送し、2.5トンを地球に帰還することができ、有人仕様ではキャビンに7席を設置することが提案されている。したがって、新しい「ドラゴン」は、少なくとも運搬能力の点で競合他社に劣ることはありません。再利用可能な使用により経済的利点を得ることが提案されている。

インドの宇宙船

宇宙産業の主要国と協力して、他の州も独自のバージョンの有人宇宙船を開発しようとしています。したがって、近い将来、宇宙飛行士を乗せた有望なインドの宇宙船の初飛行が行われるかもしれない。インド宇宙研究機関 (ISRO) は 2006 年から独自の宇宙船プロジェクトに取り組んでおり、すでに必要な作業の一部は完了しています。何らかの理由で、このプロジェクトはまだ完全な指定を受けておらず、依然として「ISRO の宇宙船」として知られています。

有望なインドの船とその空母。画像Timesofindia.indiatimes.com

既知のデータによると、ISROの新しいプロジェクトには、外国の最初の船に似た、比較的単純でコンパクトで軽量な有人車両の建造が含まれています。特に、マーキュリーファミリーのアメリカの技術との類似性があります。設計作業の一部は数年前に完了し、2014 年 12 月 18 日にバラスト貨物を積んだ船の最初の進水が行われました。新しい宇宙船が最初の宇宙飛行士をいつ軌道に乗せるかは不明である。このイベントのタイミングは何度か変更されており、これまでのところこの件に関するデータはありません。

ISRO プロジェクトでは、重量が 3.7 トン以下、内容積が数立方メートルのカプセルの構築を提案しています。その助けを借りて、3人の宇宙飛行士を軌道に乗せることが計画されています。 1週間レベルでの自治を宣言。この船の最初のミッションには、軌道上での飛行や操縦などが含まれます。将来的には、インドの科学者らは船の会合とドッキングを組み合わせた打ち上げを計画している。ただし、これはまだ遠い先の話です。

インド宇宙研究機関は、地球に近い軌道への飛行をマスターした後、いくつかの新しいプロジェクトを立ち上げる予定です。計画には、新世代の再利用可能な宇宙船の製作や、月への有人飛行が含まれており、おそらく外国の同僚と協力して実施されることになるだろう。

プロジェクトと展望

有望な有人宇宙船が現在、いくつかの国で開発されています。同時に、新しい船の出現のためのさまざまな前提条件について話しています。したがって、インドは初の独自プロジェクトを開発するつもりであり、ロシアは既存のソユーズを置き換える予定であり、米国は人を輸送できる国産船を必要としている。後者の場合、問題が非常に明確に現れるため、NASA は有望な宇宙技術の複数のプロジェクトを一度に開発または支援する必要に迫られます。

作成の前提条件は異なりますが、有望なプロジェクトはほぼ常に同様の目標を持っています。すべての宇宙大国は、少なくとも軌道飛行に適した独自の新しい有人宇宙船を運用する予定です。同時に、現在のプロジェクトのほとんどは、新しい目標の達成を考慮して作成されています。特定の改造を施した後、新しい船の一部は軌道を超えて、少なくとも月に行かなければなりません。

新しいテクノロジーの最初の発表のほとんどが同じ時期に計画されているのは興味深いことです。今 10 年間の終わりから 20 年代半ばまで、いくつかの国が最新の開発を実際にテストする予定です。望ましい結果が達成されれば、宇宙産業は次の10年末までに大きく変わるだろう。さらに、新技術の開発者の先見の明のおかげで、宇宙飛行士は地球周回軌道上で作業するだけでなく、月に飛んだり、より大胆なミッションの準備をしたりする機会さえ得られるでしょう。

さまざまな国で作成された有人宇宙船の有望なプロジェクトは、まだ完全なテストや乗組員を乗せた飛行の段階に達していません。しかし、今年はそのような打ち上げが数回行われる予定であり、今後もそのような飛行は続くでしょう。宇宙産業の発展は継続しており、望ましい成果を上げています。

サイトからの資料に基づく：
http://tass.ru/
http://ria.ru/
https://energia.ru/
http://space.com/
https://roscosmos.ru/
https://nasa.gov/
http://ボーイング.com/
http://spacex.com/
http://ヒンドゥスタンタイムズ.com/

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