OEV豆知識(18) 環境への影響と安全性

　前回まで、ロケットとのコスト比較をしてきましたが、あと１回比較を行ってみたいと思います。テーマは(1)環境汚染 (2)安全性ですが、今回は、先に軌道エレベーターについて述べたいと思います。

(1) 環境汚染
　ものすごく偏った昨今のエコ思想は好きではありませんが、多くの人にとって環境問題は関心の高いテーマです。軌道エレベーターは、電動が前提なので、排気ガスなどによる大気汚染はないと思われます。この電気を火力や原子力で賄うのであれば考えモノですが、前回述べたようにエネルギーの一部は回収できますし、宇宙空間での太陽光発電にも期待したいところです。ただし、建造のためにどこかの土地なり海洋なりの開発、環境改変は避けられないでしょう。

(2) 安全性
　昇降機の落下はもちろん、テロや武力攻撃で軌道エレベーターが損壊したら、大きさからいって大惨事になりえますね。ただし旅客機も手榴弾１個持ち込まれて上空で爆発したら一巻の終わりなわけで、空港でのセキュリティチェックが生命線です。軌道エレベーターにも同様の体制が必要でしょう。
　どこまで措置を講じれば信頼性を得られるのか、線引きは難しいと思われますが、少なくとも、エレベーターが（機能や耐荷重、安全設備の充実、セキュリティの確保など多面で）十分な規模に達するまでは、一般の有人運用は控えるべきではないでしょうか。
　私的には、昇降機の落下もエレベーターの倒壊も、色々対処の仕方があるだろうと考えているのですが、証明材料に乏しいので、機会を改めて述べたいと思います。しかし、後述するような理由で、全体としてはロケットよりははるかに安全であろうというのが結論です。

　では、軌道エレベーターに比してロケットの環境面への影響や安全性ですが。。。

　まず(1)の環境汚染については、一部のロケットは、有毒のガスをまき散らして飛んでいることを、ご存じの方も多いでしょう。たとえば、これまでさんざんコキおろしてきた米国のスペースシャトル。SSMEと呼ばれる本体のエンジンは液体の水素と酸素を反応させるもので、生じるのは水蒸気だから無毒。問題は、巨大な茶色い燃料タンクの両脇に付いている固体ロケットブースター（SRB）です。
　SRBの燃料に使われている酸化剤の過塩素酸アンモニウムは毒劇物ですし、燃焼促進剤のアルミ微粉末は呼吸器障害を起こします。こういったものを１回の打ち上げで約1000t反応させ、吐き出しながら飛んでいきます。某作家から聞いた話ですが、ケネディ宇宙センターのシャトル打ち上げ台周辺の土壌は、汚染されて生き物が全然住めないのだとか。
　このほか、ロケット燃料の定番とも言えるのがヒドラジン。猛毒です。日本のH-IIA（ただし大気圏外で使用）や中国の長征ロケットなどにもそれぞれ推進剤の一部に使われています。余談ですが、かの国を含む色んな国の弾道ミサイルの推進剤もヒドラジンが混じってます。
　ほかにも色々ありますが、このような有毒の燃料が頻繁に使われるのは、これらが個体燃料であり、固体の方が安定していて常温で扱いやすいからです。液体水素は極低温で充填するので、蒸発して機体から漏れ出しやすく、性能はいいけどデリケートらしいです。いずれにせよ、開発において追求されるのは推力や燃焼効率だけで、毒性とかはまったく念頭にないようです。


　次に(2)の安全性について。有毒な燃料も危険ですが、何といってもロケットの安全を脅かす最大のファクターは爆発です。しかも「低コストの理由その１」で説明したように、全重量の９割近くを燃料が占めるので、引火事故の時はたいてい大爆発して一瞬で粉々になります。
　歴史上、どれだけのロケットが打ち上げに失敗して爆発したのでしょうか。映画「ライトスタッフ」を見るといいです。「これでもか！」と言わんばかりに爆発が連続するシーンがあって、これだけ吹き飛んでもまだ打ち上げる技術者達の根性は、かえってアッパレと言いたくなります。ちなみに最後の一発は爆発せず、笑えるオチになってます（原作によると実話らしい）。

　これら爆発事故のうち、最も有名なのは1986年のスペースシャトル「チャレンジャー」の事故でしょう。乗組員の直接の死因は、爆発後に海上に落下した衝撃によるものだそうですが（これも想像するだに恐ろしい）、爆発はSRBの部品が極低温で劣化したのが原因とのこと。結果として７人全員が死亡しました。ついでに言うと、スペースシャトルはSRBの燃焼が終わるまで事実上脱出手段がないのだとか（あってもどれだけあてになるものやら）。
　そして、大気圏への再突入がいかに危険かは、前回説明した通りです。少なくともこれらと同種の懸念がないという点だけをとっても、軌道エレベーターはかなりクリーンで安全な乗り物だと言えるのではないでしょうか。

　えんえんと欠点をあげつらってきましたが、今のところ、地上と宇宙の間を往復する手段は、現実問題としてロケットしかない以上、ロケットの使用は是とするしかない。良くも悪くも、宇宙開発を支えてきた主役はロケットです。だからここで述べているのはあくまで推定比較であり、ロケットの全否定ではないことをご理解いただければと思います。
　それに、軌道エレベーターが完成したら、ロケット開発はますます加速することでしょう。軌道エレベーターの投射機能も利用して、衛星や惑星、太陽系外などへ宇宙船や探査機を送り込む大規模な計画が可能にするはずで、それにはやはりロケットが重要な役割を果たすからです。昨年11月の国際会議で、ロケット技術者らしき人が、軌道エレベーターができたら商売上がったりだ、その辺をどう考えているのかと質問があったのですが、今からそこまで心配しなくても。。。（仮にそうでないとしても、なんで軌道エレベーターの研究者がロケット屋の生活に責任持たなくちゃなくちゃならんのだ。研究をやめろとでも言うのかよう）

　軌道エレベーター派は、ロケットの歴史と人類社会への貢献に十分敬意と関心を払った上で、これらロケットを上回る根拠を示して軌道エレベーターの実現を目指します。全身全霊をもって、地上と宇宙の往復手段としてのロケットに引導を渡す。これこそ最大の礼儀というものでありましょう。

　ロケットとの比較はこれにて終了。次回からの豆知識は新章に移る予定で、軌道エレベーターの欠点や負の面を紹介していきたいと思います。

記憶転移

幽体離脱に引き続き、もう一回オカルトじみた話を。。。
　皆さんは、心臓移植をした人の記憶や人格、嗜好などが、ドナー（臓器の提供者）からレシピエント（臓器を移植される患者）へ移る、という話を聞いたことはあるでしょうか。
　テレビ番組や珍談モノの本などでたまに見かけるのですが、「いくらなんでもそりゃありえんだろ」と、私はこれこそオカルトネタだと決めつけて相手にしていませんでした。そういう報告があること自体は事実だとしても、「一種の錯覚や妄想、パラノイアか何かではないか？」と漠然と考えていました。ところが。。。

　脳と同じような神経細胞のネットワークを持つ部分が、心臓にあるのが発見されたのだそうで。「内在性心臓神経細胞」（ICNS）と言うのだそうです。関係が実証されたわけではないので、憶測も交えて話を進めますが、心臓をガソリンエンジンにたとえれば、ECU（エンジンコントロールユニット）のようなものでしょうか。あるいは、脳がハードディスクで、ICNSはRAMみたいなものか？

　いわゆる自我とか自意識、その人の心そのものは、心臓ではなく脳に存在しています。これは間違いない。そうでなければ、人工心臓の人が手術後も同じ人として生き続けられるはずがない。心は特定部位に遍在するものではなく、脳のネットワーク全体の電気的・化学的活動の産物だと考えられます。

　ただ、記憶を蓄積する機能、あるいはそれと似た器質を持つ細胞が、心臓など体の別の場所に形成されること自体は、なるほどありうるのかも知れません。すると、この部位が移植の際に、蓄積されたドナーの記憶の一部を持って行ってしまうという可能性も否定できないのではないか。。。
　当然、脳本体やいろんな感覚器官とつながってなければ、脳との記憶の共有はないんじゃないかと思います。あくまで可能性であって、真相は今後の研究待ちといったところでしょうが、やっぱり簡単に「ありえない」と決めつけてはいかんのだなあ、と反省した一件でした。宇宙に劣らず、人体も驚くべきことがまだまだありますね。

幽体離脱

たまには夏（暦の上では秋ですが）にふさわしく、きょうの雑記は心霊現象？ の話を少々。
　幽体離脱の経験ありますか？ 私あるんですよ、子供の頃に２回。大体２、３mくらいの高さでしょうか。自分の視線が宙に浮いていて、自分を見ている。「あれ？」と思ったような記憶があるし、「どっか行ける？ いや、体に戻らなくちゃ」と考えたような気も。。。そうこうしていたら視線が肉体に戻ってハッとして終わり。その間、10～20秒くらいだったでしょうか。。。
　「あれは何だったのだろう」と、思い出すたびに考えたのですが、どちらも横になってとろーんとしていた時だったので、「どうせ寝ぼけてたんだろう」と自分にいい聞かせておりました。

　しかし、寝ぼけていたのではなかったかも知れません。
　てんかん患者の発作の原因となっている部位を特定するため、脳に電極を差し込んで電気刺激を与える実験をしたところ、右側頭葉の聴覚野の後部を刺激すると、「ベッドの上に浮かんでいるよう」と患者が述べたそうです。
　これは2002年に英国の科学誌Natureに発表された内容で、脳が自分の体の部位を把握しようとして、平衡感覚との間にズレが生じた時にこのような感覚を覚えるのだとか。ひょっとしたら、私の体験も何らかの原因、あるいは生物としての活動によって、脳のその部位が刺激されるとか活発化とかした結果ではないか。今ではこのように考えています。

　お陰でスッキリしましたが、こういう体験をしてもなお幽体離脱を認めず、「寝ぼけてた」で片づけようとしていた自分は、やっぱりヒネクレ者かなあ。
　霊魂だの何だのというのは全否定はしませんが、少なくとも肯定する証拠がない以上、信用には値しないと考えています（信じる、信じないというスタンスもおかしい）。理詰めでつまらない奴と言われるかも知れませんが、人の心を、オカルト話のネタになるような陳腐な存在に貶めてしまう方が、よっぽど興ざめだと思うのです。

OEV豆知識(17) 低コストの理由 その３

　低コストの理由の３回目。最後は(3)の「繰り返し使用できる」と(4)の「エネルギーの多くが回収可能」です。
　「スペースシャトルも繰り返し使ってるではないか」と言われるかも知れません。ですが、スペースシャトルは、実際は使い捨てロケットよりも高くつくそうです。

　これまで述べてきた通り、シャトルは膨大な燃料（推進剤）を消費して軌道速度を得ます。で、国際宇宙ステーション（ISS）に人やモノを運ぶなどの用を済ませたら地上へ戻るわけですが、この時、上昇で得た秒速７km超という軌道速度をすべて捨てて、着陸時には秒速約0.09km（時速約350km弱）にまで減速します。
　大気との抵抗でブレーキをかけて減速しますが、この時に機体下部で圧縮された空気が1500度を超える熱を持ち、機体や周囲の空気を熱します。これを断熱圧縮による空力加熱といい、流星が燃え尽きるのもこのためです。よく「大気との摩擦熱で燃え尽きる」と言われますがこれは誤りで、両者は異なる現象です。

　空力加熱から機体を守るため、シャトル下面は耐熱材で覆われています。この耐熱材は脆くて頻繁に交換されます。2003年２月、「コロンビア」が再突入時に空中分解し、乗組員７人全員が死亡したのは記憶に新しいところでしょう。この事故は、打ち上げ時にはがれ落ちた耐熱材が翼辺縁部を破損、再突入時にプラズマ化した空気が、この部分から翼内に入り込んだために起きたとされています。大気圏（厳密には低軌道の一部も大気圏内）への再突入は、打ち上げに次いで危険で、多大な負担がかかるのです。

　加えて、シャトルは人も貨物（ペイロード）も同一の機体で運ぶので、人間のための安全措置を、貨物室を含む巨大な機体全体に適用しなければなりません。一時、日本も欧州宇宙機関（ESA）も、米国のシャトルを真似て有翼型往還機の開発に躍起になりました。しかし上記のような理由から、重量とコストの増大を招き、いずれも挫折しています。

　地上と宇宙を人が往復するのに継続的に使用されているのは、米国のシャトルのほかにはロシアのソユーズもありますが、ソユーズの場合地上に戻るのは機体中央のカプセル型帰還船だけで、再突入時には底面の「アブレーター」が蒸発して機体を保護し、パラシュートで着地（水）します。アポロも同様の構造でしたが、シャトルは巨大すぎてこれができないんだとか。
　単純な比較はできませんが、１回あたりの打ち上げ費用は、シャトルが７～８億ドル、同じ人数で換算したソユーズの場合は４億ドル弱になるとのことです。結局、繰り返し使うために使い捨て以上のコストをかけているわけで、全部使い捨てで人と貨物を別便で打ち上げ、人が戻る時には小さなカプセルにスシ詰めで乗って降下した方が安上がりなのですね。
　スペースシャトルの問題点については良書が多数ありますので、これ以上詳しいことは譲ります。なお、現行のシャトルは来年全機退役し、ソユーズのようなカプセル型帰還船を使用する「オリオン」に交代する予定です。

　ひるがえって軌道エレベーターとの比較ですが、軌道エレベーターの昇降機は（ロケットに比べて）ゆっくり登って降りて来ます。途中で止まることすら可能ですから、よもや燃え尽きることはありますまい。そこまで加速する方が難しいですから、断熱の必要はあっても、空力加熱対策は不要でしょう。
　ペイロードも、衛星などを持ち帰ることが可能な点は、使い捨てロケット（宇宙船）にはないシャトルの売りかも知れませんが（それにしたって人間と一緒でなくても。。。）、軌道エレベーターなら規模や便数次第で可能でしょう。

　ただし、シャトルもソユーズも低軌道までしか上昇できませんので、その範囲での比較しかできません。公平を期して言うと、軌道エレベーターは、静止軌道かそれ以上まで昇ることが前提ですので、独特の機体保護の必要性が予想されます。
　特に高度約2000kmから上には、最大で厚さ１万8000kmにも及ぶ二重の「ヴァン・アレン帯」という放射能帯が広がっています。アポロは高速でここを通過したので深刻な影響はありませんでしたが、このような場所に人間が長期滞在したことはないので、軌道エレベーターの有人運用に未知の要素が多いのは否めません。
　昇降機に放射線遮断措置を施すとか、プラズマで覆うとか色々方法が考えられますが、ひょっとしたら、シャトルの再突入より高くつくかも。。。

　また、ロケットの燃料の多さを説明した理由(1)では触れませんでしたが、昇降機がゆっくり進むということは、有人ならその分空気と水と食料も必要になります。ですので、この機体保護や人的運用の面に関しては、ロケットより低コストと決めつけることは早計かも知れません（それでもロケットの燃料ほど大量に水や食料が必要ではないでしょうが。。。なお後日の豆知識で、軌道エレベーターの問題点シリーズを扱う予定ですので、こうしたデメリットについても詳しく述べたいと思います）。

　しかしながら、こうした問題を抱えながらも、軌道エレベーターには理由(4)「エネルギーの多くが回収可能」という特性があります。昇降機はエレベーター本体に支えてもらって上下するわけですから、宇宙へ昇った後、地上に戻る時は重力にしたがって落下してくればいいので、その位置エネルギーを利用して適当にブレーキをかけながら発電ができる（静止軌道より外側では逆。この仕組みの詳細については、豆知識(8)をご覧ください）。この電流回生も課題山積なんですけど、とにかく発電はできます。
　つまり、重装備になっても、いったん持ち上げたら、その重さが帰還時に電力を生み出し、エネルギーの一部を回収できる。この利点がある以上、地上に戻る時に運動エネルギーをただ捨てねばならないロケットに対し、戻りながらエネルギーを回収できる軌道エレベーターは、やはりロケットを下回る低コストが期待できると考えられるのです。

　このほかにもいろいろな比較ができると思いますが、ロケットを貶めてばかりになってしまいますし、低コストの理由はこれにて終了です。

予報

　NHK総合の夕方ニュースの中で、午後６時55分くらいから流れる「熱中症予防情報」をご覧の方はおいででしょうか？
　男の子(?)の表情で熱中症の危険度を説明しているのですが（左。NHKの映像から抜粋）、危険度が増すにつれ、彼が苦悶していくのがいつ見ても楽しいです。とくに「厳重警戒」（オレンジ色）の狼狽ぶりが抜群。
　ちなみに、13日はこんな感じです（右同）。男の子、灼熱地獄で苦しんでます。各地で猛暑だそうで、皆さん熱中症や脱水症状に気をつけましょう。

　ところで、宇宙にも天気予報があるのをご存知でしょうか？ 主な原因は太陽活動なのですが、地球周辺に磁気嵐や放射線の増加などが起きると、人工衛星の運用などに支障を生じますし、宇宙飛行士の健康にも影響を及ぼすことがあります。
　この兆候は主に地磁気の乱れとして表れるので、地球上でこの変化を測定することで、「宇宙天気予報」が発せられるのです。観測ポイントは世界中にありますが、日本では茨城県石岡市にある気象庁地磁気観測所などが有名です。
　軌道エレベーターが実現したら、低軌道部から上はモロに影響を受けますし、ヴァン・アレン帯の影響もありますので、実現したらいろいろと予報が発せられると思います。その時代にも、こういう愛嬌のある予報をしてほしいものです。