皆さんこんにちは！
アメリカはトランプ政権になって、再び宇宙開発を加速させようとしています。
アルテミス計画は、NASAが人類を再び月の有人探索ミッションです。そのアルテミスを脅かす問題が月の塵かもしれません。
NASAは月の塵の可能性と危険に直面
アポロ17号のジーン・サーナン司令官は、2度目の月面歩行の後、月の塵に覆われました。クレジット: NASA
ハリソン・シュミットがヘルメットを脱いだとき、月面を歩いた他のアポロ宇宙飛行士全員が嗅いだのと同じ匂いがしたのです。
「宇宙飛行士全員が、火薬のような匂いがすると同意しました」と、アポロ17号月着陸船の
パイロット、シュミット氏は語りました。「ご存知のとおり、私たちは皆、かつては狩猟をしていたことがあるのです。」
シュミット氏と他の月面歩行者たちが嗅いだのは、月の表土、つまり月の塵でした。灰色で
ふわふわした粉である表土は、顕微鏡レベルで見るとギザギザしていてあらゆるものにくっつき、地球上の表土とは違った方法で自分自身にさえくっつくほどです。
アポロ17号のジーン・サーナン中佐は、月の表土が大きな障害になるとみていました。
「おそらく、月面での正常な活動を妨げる最大の要因は塵だと思います」と、アポロ17号の
技術報告でサーナン中佐は述べました。「塵以外の生理学的、物理的、機械的な問題は克服できると思います」
NASAはアルテミス計画を通じて恒久的な月面基地の建設を計画しており、月面レゴリスの
危険性、特にその埃っぽい形状、健康被害、ロケットエンジンの推力で舞い上がって近くの機
器を損傷する傾向、そして工具、シール、ジョイント、その他の機器を摩耗させる細かい砂利などを避けようとしています。
しかし、宇宙機関と月探査計画者たちは、月の表土を単に緩和したいのではなく、それを利用
したいのです。彼らは、表土が鉱石として大きな可能性を秘めており、加工すれば宇宙経済の
原動力となり、維持できると考えています。科学者たちは、この相反する懸念のバランスを取
るために、ロケットの防爆堤、表土対策宇宙服、レーザーパワービームなどを含む複雑な月面インフラを構想しているのです。
一方、月の構成を広範囲に研究してきた地質学者のシュミット氏は、月の表土の危険性は対処
可能だと語ります。「私たちは表土の特性についてかなり知識が豊富だと思います。その結果、人間だけでなく機械もその悪影響から守れる立場にあると思います」と同氏は言います。
ハリソン・シュミットの宇宙服は、月の土壌サンプルを採取している間にほこりで覆われた。写真提供：NASA
アポロ17号の乗組員の最後の生き残りでもあるシュミット氏は、量子コンピューティングや
核融合などの新興技術に利用される希少同位体であるヘリウム3を月の表土から採掘すること
について何十年も語ってきました。2020年に、同氏はブルーオリジンの元社長ロブ・マイ
ヤーソン氏とともに、月面採掘スタートアップ企業インタールーンを共同設立しました。
月の氷を採掘し、砂の表土に混ざった凍った水の粒子から水素と酸素を取り出すことを構想す
る人もいる。何十億年もの間、微小隕石の絶え間ない衝突によって月の土壌がかき混ぜられて
きたため、月の氷が氷床で見つかる可能性は低いのです。このプロセスを科学者は「月面ガーデニング」と呼んでいます。
月の移住者が月のチリから凍ったH2 O 分子を掘り出し、それを溶かして水素と酸素に分解す
る方法を見つければ、その元素はロケットの推進剤として利用でき、地球との間や火星を含む
深宇宙に人や宇宙で製造された物資を輸送する宇宙船の動力源となる可能性があります。酸素と水は、月での人類の長期生存に必要な基本元素も提供するのです。
ロッキード・マーティンは昨年発表した白書で、宇宙船の質量は主に推進剤によるもので、
打ち上げは宇宙経済にとって避けられない最大のコストであると指摘しています。「最終的に
は、月の水から生成された、地球の重力井戸の外にある推進剤を使用して燃料補給を行うこ
とで、地球への推進剤の打ち上げコストを一切回避できる」と、2040年代の月経済を構想する白書で大手メーカーは述べています。
NASAは着実に月の水の証拠を蓄積していますが、月探査の多くはリモートセンサーから推測
されています。2020年、NASAは成層圏赤外線天文台（2.7メートル（8.9フィート）の反射
望遠鏡を搭載するように改造されたボーイング747SP航空機）のデータにより、クラビウ
スクレーターの水の濃度が土壌1立方メートルあたり12オンスの水ボトルとほぼ等しいことが確認されたと明らかにしました。
月面の水を詳しく観察するため、NASA は早ければ今月中にもインティブマシン 社の IM-2
着陸機を月の南極に向けて打ち上げる予定です。商業月面積載サービス (CLPS) プログラム
の一環として、IM-2 着陸機は極地資源氷採掘実験 1 号を搭載します。これは、地表から 3 フィート下の表土を採掘するためのドリルと、水を探すための質量分析計です。
「月面の水氷の分布についてはまだ十分なデータがありません」と、ロッキード・マーティン
社の有人・科学探査ミッション戦略および先進機能担当副社長ケイト・ワッツ氏は、7月に
開催されたアメリカ航空宇宙学会（AIAA）アセンド会議で述べました。「しかし、私たちが
持っているデータから、1兆3000億ポンド以上と、十分な量があることが示唆されます」
10月、NASAは2026年に予定されている同計画初の有人月面着陸となるアルテミス3号ミッ
ションのために、月の南極付近の着陸候補地を9カ所特定しました。これらの場所が選ばれた
理由の1つは、宇宙飛行士が永久影の領域まで歩いて行けるほど近く、大量の氷があると考えられているため、表土のサンプルを採取できる場所だったことです。
月の南極には、シャクルトンクレーターのように、壁が急峻で底が深い永久影のクレーターが
数多くあり、その内部は永久に暗いままです。月の軸の傾きが 1.5 度と小さいため、光線が非
常に低い角度で入射するため、極のこれらの窪みの底に太陽光が当たることはありません。
暗いクレーターから水を抽出するのは困難かもしれません。冷たく暗い穴の温度は華氏約
-370度と考えられており、氷の彗星からの水分子を閉じ込めるには十分低く、電子機器や
バッテリーに悪影響を与えます。電源ケーブルで月面探査車を充電することさえ困難になる可能性があるのです。
「[永久影の領域]で熱いケーブルを引きずり回すのは望んでいません」と、ロッキード・マー
ティンの戦略、有人および科学宇宙探査担当ディレクターのロブ・チェンバース氏はアセンド
会議で述べました。「土壌を熱して、私たちが取得しようとしているのと同じ分子を大量に放出するのは避けたいのです。」
この問題を回避するため、ロッキード・マーティンは永久影の領域にある月面掘削機に電力を
補給するレーザーベースの電力ビーム送信コンセプトを提案しています。同社はまた、水を
水素と酸素に分解するのに十分な量の電力を生成するために核分裂エネルギーが不可欠である
と考えています。この電力は火星間を往復する有人ロケットの燃料として十分であり、将来の月面経済にとって重要な収入源になると同社は述べています。
NASA の月鉱物マッピングデータから作成されたこの合成画像の青い領域は、水氷が存在すると推定される場所です。クレジット: NASA
ロッキード・マーティンは、2040年代までに月面に多数の鉱山が建設され、年間数百トンの
水を採掘できるようになると予想しています。氷の処理と水素と酸素の電気分解分離は中央の場所で行われることになります。
月面居住施設を含む集中型インフラには、遠隔地の採掘現場までの移動を可能にする頑丈な道
路が必要となります。特に、大型の月面探査車が月の塵を巻き上げたり、月の砂にはまり込ん
だりしないようにするためです。ありがたいことに、月面はすべて塵というわけではありません。
「その上部は非常にふわふわしていて、密度が低い。地質学的に長い年月をかけて、微小隕石
の衝突によって絶えずかき混ぜられてきた」とシュミット氏。「しかし、その下部は非常に圧縮されている」
月には大気や水による浸食がないため、月面の風化はすべて隕石の衝突と太陽放射によって引
き起こされ、その結果、細かい塵と粗い岩の破片が混ざり合うことになります。砂質の表土か
ら切り離された大きな岩は、月面の砕石や砂利道のようなものとして利用できるとシュミット氏は提案しています。
アポロ17号月着陸船の単発エンジンが降下中に噴射した推力で、着陸地点から360度にわた
って塵の層が吹き飛ばされたとシュミット氏は述べ、その粒子は高速で地平線の向こうに消え
ていったと付け加えました。アポロ17号の降下中の乗組員の視界は塵の雲で遮られませんでし
たが、他のアポロ計画のいくつかの乗組員は着陸時に表面が見えず、破片が着陸レーダーを妨害したと報告しています。
この問題は、アルテミス計画のスペースXスターシップ有人着陸システムでさらに悪化する
可能性があります。このシステムには6つのロケットモーターがあり、噴煙はより大きく
複雑になります。噴煙の表面との相互作用を避けることを含め、月面ミッション間の干渉が
アルテミス協定署名者の最大の懸念事項であると、当時NASA副長官だったパム・メロイ氏
は6月にアビエーション・ウィーク誌に語りました。
「興味深い科学的発見が始まっています。その一部はアポロ計画で実際にわかっていたこと
ですが、これらの粒子は想像以上に長い間浮遊したままです」とメロイ氏は語りました。
CLPSの月面着陸船には、月面の塵の雲と地表の相互作用を調査するためのカメラが搭載され
ているとメロイ氏は付け加えました。月面着陸地点は、月塵の雲が近くの設備や居住施設に被害を与えないように、着陸パッドや防爆堤で強化する必要があるでしょう。
レゴリスはベアリングやシールなどの機械部品にも入り込み、部品を削ったり動かなくしたり
します。「[アポロ17号に搭載されていた]さまざまなツールのクイックディスコネクトは、
塵のせいで徐々に固まっていった」とシュミット氏は言います｢｢アルミニウム製ではなく鋼
製のツールを使用すれば問題は解決するはずだ、金属合金は月の塵よりも硬く、それを削り取ってしまうからだ｣と同氏は付け加えました。
塵は月面乗組員のキャビンにも簡単に入り込みます。シュミット氏によると、彼とアポロ17号
の仲間の宇宙飛行士は月着陸船に入る前に宇宙服からレゴリスの塵を払い落とそうとしまし
たが、エネルギーを消費し、塵を布地の奥深くまで埋め込むという無駄な結果に終わったと
いうのです。「宇宙服はキャビンに塵が入り込む主な媒介物です」と同氏は言います。
キャビンを清潔に保つには、やはり負に帯電しているレゴリスをはじくために宇宙服を負に帯電させる必要があると。
同様のアイデアがまもなくテストされる予定です。NASA は 1 月 15 日にファイアフライ
エアロスペース社のブルー ゴースト月着陸船を月に向けて打ち上げました。この探査機には
2 つのレゴリス試験ペイロードが搭載されており、その 1 つであるエレクトロダイナミック
ダスト シールド デモンストレーターは、将来的には宇宙服、ヘルメットのバイザー、ブー
ツ、さらには熱放射器、太陽電池パネル、カメラ レンズから月の塵をはじくことができるよう
になるかもしれません。ブルー ゴーストはまた、レゴリス付着特性ペイロードも搭載してい
ます。これは、布地、光学系、塗装コーティング、センサー、太陽電池など 15 種類の材料のサンプルで、月の塵が各表面にどのように付着するかを観察するためのものです。
「アポロ時代から続く最大の課題の一つが塵だ」とNASA科学ミッション局次長ニコラ・フ
ォックス氏は1月14日のブルーゴースト打ち上げ前ブリーフィングで語りました。「塵は宇宙
船内の機器や宇宙飛行士の衣服に付着し、宇宙船内で吸い込んだことで健康に影響を及ぼした。塵の除去は革命的なことだ」
スペースXの有人着陸システムからの排出物は、大量の月塵を巻き上げる可能性がある。写真提供：NASA
実際、レゴリスは非常に粘着性があり、地上の砂では通常見られない方法でレゴリス自体に
くっついていると、AIAA アセンド会議で論文を発表した NASA ジョンソン宇宙センターの
ジェイコブスでモデリングおよびシミュレーション化学エンジニアを務めるエマ・クイック氏
は述べました。電子顕微鏡で観察すると、ミクロレベルでレゴリス模造品は「妖精の城」を作り出すとクイック氏は述べました。
「妖精の城構造は、粒子が十分に小さく、粒子間の分子間力が粒子の重量よりも強くなるほど
ゆっくりと落下するときに形成される、複雑でレースのような入り組んだ構造です」とクイッ
ク氏は言います。「これが起こると、砂利詰め物のような通常の3つ以上の接触点ではなく、1つまたは2つの接触点だけでほこりがくっつくことがあります。」
このファンデルワールス分子間力により、レゴリスの表面を払い落としたり掃除したりすることが極めて困難になると彼女は述べました。
レゴリスも非常に小さく、粒子の平均サイズは 60 ～ 80 マイクロメートルです。個々の月のレゴリスの塵粒子は、通常、鉱物とガラスの鋭い破片で構成されています。
「実は、粒子のサイズが小さいほど、より大きな問題なのです。粒子のサイズが小さいほど、
肺に入りやすくなります」と、カリフォルニア大学サンディエゴ校の肺生理学者で医学名誉教
授のキム・プリスク氏は言います。プリスク氏は、欧州宇宙機関の月面塵に関する研究プログラムに貢献しました。
人間の肺は、皮膚よりもさらに大気中の毒素に最もさらされているとプリスク氏は述べ、肺の
表面積は、もし平らげればテニスコートほどの大きさになると指摘します。「表面積は広く、粒子が小さければ小さいほど、空気の流れによって運ばれやすくなります。」
月面での船外活動から帰還し、月着陸船のキャビン内でヘルメットを脱いだ後、シュミット氏
と他の宇宙飛行士は、副鼻腔や鼻孔の炎症など、彼が「月の花粉症」と呼ぶ症状を経験しま
したが、数時間後には治まった。帰還カプセルから宇宙服を回収した地球上の航空医は、月塵
に対してさらに重度のアレルギー反応を起こし、月塵に触れるたびに症状が悪化しました。
月のレゴリスは、あらゆるものにくっつき、自分自身にも奇妙な形でくっつき、「妖精の城」を作り出します。写真提供: NASA ジョンソン宇宙センターおよびテキサス A&M 大学
月のレゴリスやその類似物質にさらされたネズミの研究では、レゴリスは、人工キッチンカウ
ンタートップの一部に見られる物質である砕けたばかりのシリカほど有害ではありませんが
迷惑な粉塵よりは悪いことが明らかになりました。リスクはその中間くらいだとプリスク氏は言います。
しかし、レゴリスの健康被害に関する研究では、通常、科学者の最善の努力にもかかわら
ず、完全に保存されていないアポロ計画から持ち帰られた模擬物質やサンプルが使用されます。
月の6分の1の重力で漂う純粋な月の塵が肺のどこまで深くまで入り込むのか、そして何ヶ月も
曝露した後の宇宙飛行士の健康にどのような影響があるのかは、未解決の問題だとプリスク氏は言います。
「これはショーを台無しにするほどではないが、無視できるものでもない」とプリスク氏は
述べ、アポロの乗組員は比較的短い曝露でうまくやっていたと指摘しました。「月面での6か
月間の滞在で、週に何度も[船外活動]を行うとなると、そのたびに曝露することになります。
塵への曝露を軽減するために、どれだけの努力とミッション費用を費やす必要があるだろうか？」
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