科学者と読み解く、「月世界」が描く夢の先

『月世界へ行く』において、乗組員たちは「砲弾」を使って月を目指します。この砲弾は実際、月まで飛ぶことができるでしょうか。ロケットエンジンの研究者である私の視点から、科学的に考えてみます。
小説では、火器専門集団「大砲クラブ」によって砲弾発射の計画が進められました(❶)。この砲弾を飛ばす上で、最大の課題は加速度(G)です。小説のように大砲を使って砲弾を打ち上げる方法では、瞬間的に1万Gほどが人体にかかってしまいます。人体が耐えうる加速度は9Gほど(自分の体の重さが9倍になることと同じ)。 作者のヴェルヌもその課題を想定し、砲弾内に水を使ったクッションを用意していたようですが、実際には不十分でしょう。

❶
一、砲弾はアルミニウムの弾丸で、直径一〇八インチ、外側の厚さ一二インチ、重さは一万九二五〇ポンド。
二、大砲は砲身九〇〇フィートの鋳鉄製のコロンビヤード砲で、地面に直接、鋳型に流しこんでつくる。
三、装填には四〇万ポンドの綿火薬を使用。それは弾丸の下で六〇億リットル入りのガス缶の働きをして、砲弾を容易に月に到達せしむるだろう。
※小説（2005年改版）p10より引用

このような知見を背景に、一つの仮説を起点として物語が広がっていくところに、SF作品の妙を感じます。『月世界へ行く』においては 「砲弾で月へ行く」というのが一つの仮説であり壮大な思考実験ですよね。実際に人類が月の周回軌道にはじめて乗ったのは、1968年に打ち上げられたアポロ8号。そのおよそ100年も前の1869年にヴェルヌはこの作品を発表していますから、人類にとって月に砲弾を飛ばすなんて夢のまた夢だったはずです。それでもその夢を仮説とし、「どうすれば人を乗せて砲弾を飛ばすことができるか」「月へ行く途中にどんな出来事がありうるか」と問いを立て科学的検討を重ね、広がった世界がこの物語なのだと思います。

もし私がこの砲弾計画を考えるなら、発射台を大砲型ではなく「カタパルト形式」にしてみたいです。カタパルト形式にはさまざまな種類がありますが、大きくは、加速距離を縮めるために使われる、パチンコのように勢いよく飛ばす発射台のことを指します。SF映画の傑作『地球最後の日』（1951年公開）に登場する白銀色の「宇宙船アーク号」はまさに水平型のカタパルトですし、『機動戦士ガンダム』（1979年〜）にも登場しています。
小説内では地中に穴を掘りそこで鋳造した大砲で発射をしていますが、発射場所のフロリダ周辺は湿地で、うかつに穴を掘ってしまうと地面から水が出てきてしまい、実際には鋳造できないかもしれませんし、何よりカタパルト形式は、SFチックで魅力的だと思うんです。科学は現実的な事実だけが積み重なって生まれているのではなく、夢を仮説して考えてみるというのもやはり必要なんですね。
余談ですが、この小説の乗組員たちの計画は、月からの帰還まで考えてられてないんですよね。その思い切りに感心します。本当に、真面目に住むことを考えていたんでしょうか。(笑)

仮説は、人に笑われるような無謀なものでいいのです。月があるから人はそこに行きたい。行きたいから科学が発展するし、物語が生まれます。つまり人の夢や意図があってはじめて科学と芸術は進展するんです。私の目の前には、過去の科学者が積み上げた高さ何千メートルにも及ぶ研究の紙束があります。一枚一枚の紙は先人たちの夢や意図の結晶で、私も一科学者としてそこに紙一枚を確かに積み重ねたい。それがまだ見ぬ世界への一歩になるのだと、日々研究しています。

人間の生命維持の根幹は空気と水です。私は空気再生技術の研究者ですから、砲弾内でどのように酸素を確保するか、まずはそこから宇宙での生活を考えてみます。
小説の砲弾内では、固体の「塩素酸カリ」から生み出す酸素を吸い(❷)、吐き出した二酸化炭素を液体の「腐蝕性苛性カリ」で浄化し、さらには酸素を使うガス灯で灯りと暖をとり、生活をしています。腐蝕性苛性カリの原理は今も有効ですが、実際は微小重力環境において、液体はふわふわと浮いてしまうので取り扱いが難しく実用されていません。

❷
このような高温では、塩素酸カリが塩化カリウムに変わるとき、もっている酸素をすべて出すのである。ところで、一八ポンドの塩素酸カリはどのくらい酸素を出すかといえば、この砲弾の中の人々が毎日消耗するのに必要な七ポンドなのである。
※小説（2005年改版）p55より引用

これまで国際宇宙ステーション(ISS)では、二酸化炭素は船外に捨てられ、持ち込んだ水を電気分解することで酸素を生み出し活動していました。しかし資源が限られたISSでの活動を持続させるには、最小限の資源での生活を考えたい。そこで現在は、船内で酸素を再生・循環させる装置の開発が進んでいます。二酸化炭素は水素と混ぜ、メタンと水に(サバチエ反応)。生まれた水を電気分解することで、酸素を生み出し呼吸する。こうして酸素の循環が生まれ、必要最小限の酸素で人々が生活できるようになります。ちなみに、この酸素再生技術は宇宙での生活のためだけではなく、地球温暖化防止(SDGs)の研究にも役立っています。

小説では乗組員たちが死の砂漠のような月面の光景を見て、月面に着陸できずに、月は居住不可能だと結論を出していますね(❸)。そんな不毛の世界を居住可能にするのが環境制御・生命維持技術(ECLSS)です。JAXAのワーキンググループでは「月の縦孔」を利用した月面基地を構想しています。月の縦孔は、日本の月周回衛星「かぐや」によって発見された大きな開口部とそれにつながる洞窟で、そこに月面基地を作る構想を練っています。2万年以上前、私たちの祖先はラスコーに代表される洞窟を住処とし、雨風をしのいだと言います。月面では、強い放射線やマッハスピードで飛ぶ隕石、昼夜200℃の気温差が脅威となりますから、祖先にならって洞窟で脅威をしのぎ、生活を立ち上げていくのはどうか？と想像しています。

❸
「新たに観察したところの事実にもとづいて議論した結果(中略)全員一致で結論を下すに至った。すなわち、『月は居住不可能である』と」。
※小説（2005年改版）p248より引用

月面基地では、月の砂「レゴリス」の活用も考えられています。レゴリスをブロックのように固めると、建物を作ることができます。レゴリスには様々な成分が含まれていて、例えば酸素は呼吸に、シリコンは太陽電池に、マグネシウムは火を付ければエネルギーに、酸化ケイ素はガラスの材料にもなります。いずれも研究の段階ではありますが、このような生活も考えられています。

空気を問題なく供給できるとなると、次に課題となるのは水です。当面、月での生活の質（QOL）は、水の使用可能量がクリティカルに影響するでしょう。地上では日本人ひとりが入浴や洗濯も含めて1日に使う水の量は約300リットル。一方、ISSで使う水の量は1日わずか3.5リットル。この量は1日の飲用水2リットルも含んだ数字で、歯磨きといった衛生水はたったの1.5リットル。月での人口を増やすには月面基地を広げていくとともに、水の確保が課題となると思います。
また、私たちが生きていくためには食事も欠かせません。小説では、乗組員の一人であるフランス人のアルダンが、ごちそうやワインを砲弾内で振る舞う描写がありますが(❹)、宇宙でこんな食事ができる日も夢ではありません。小説ではアルダンが貴重なぶどうの株や半ダースほどの雌鶏、尊大な雄鶏を一羽、砲弾の中に持ち込んでいます。月でワインを作り、鶏を育てる計画だったようですね。

❹
食事は、すばらしい三杯のブイヨンではじまった。(中略) そして、この食事の終わりを飾るべく、アルダンは、偶然にも貯蔵部屋にあったブルゴーニュ産のすばらしいぶどう酒を一壜とりだした。
※小説（2005年改版）p50より引用

現在は地球上から資源を持っていくだけではなく、月面で資源を調達し生活に生かす方法(ISRU)も考えられており、将来の月面基地では農園で作物を栽培する予定です。農作業はロボットがすべて行い、廃棄部分が少ないレタスやサツマイモ等の作物の栽培から始まるでしょう。月面産レタスでサラダを、月面産サツマイモで焼酎を作り、小説でも描かれなかったほど豪華なごちそうをいつか月面で頂きたいものですね。

「SF小説はひとつのウソをついても良い」と言われているそうです。 私たちはその「ウソ」に心を躍らせ、目標とし、実現したいと望みます。月面基地の実現に向けて、想像と現実が食い違うこともありますが、そこから試行錯誤し、可能な方法を見出していくのが科学の醍醐味。月への夢はこれからも続いていきます。

著作権表記のない画像は全て©JAXAです。