アメリカ，NASAに行ってきました！宇宙飛行士訓練施設見学レポート
NASAとアメリカの宇宙開発
2010年1月，筆者は全国科学博物館協議会海外科学系博物館視察研修の一環としてアメリカ・NASAジョンソン宇宙センターを訪問しました。
今回のホットニュースではアメリカの宇宙開発の歴史・最新事情と合わせて，宇宙飛行士の訓練や地上からの飛行管制など，安全な宇宙飛行のための体制と設備についてお伝えします。
アポロ11号の司令船
（実物。ヒューストンではなくワシントンD.C.のスミソニアン航空宇宙博物館に展示されています）
アメリカ航空宇宙局，NASAは，アメリカ合衆国の宇宙開発，宇宙探査を担う連邦機関です。1958年，当時のアイゼンハワー大統領により設立されました。
折りしも東西冷戦の時代。アメリカと当時のソビエト連邦（1991年の連邦解体までの国名についてはソ連と表記します）の宇宙開発競争が熾烈さを増していました。
1957年10月，ソ連は世界初となる人工衛星『スプートニク1号』の打ち上げに成功。宇宙開発技術，当時の目的から言えばミサイル技術に於いても，世界をリードしていると自認していたアメリカに大きなショックを与えました（※1）。技術競争に敗北しただけでなく，悪くすれば対抗策のないまま，ソ連のミサイル攻撃を受けることになるかも知れないという不安に晒されることになったのです。
このいわゆる『スプートニク・ショック』が，NASA設立のきっかけのひとつとなったと言われています。それまで約40年に渡って飛行技術の研究を行って来た国家航空諮問委員会（NACA）を母体に，関連する複数の組織・機関を統合，或いはそれらとの協力によって，国を挙げての宇宙開発体制が敷かれることとなりました。
それ以降，人類初の宇宙飛行や宇宙遊泳など，ソ連に1歩を譲った部分も少なくはありませんでしたが，NASAはアメリカの，ひいては人類全体の宇宙進出のシンボルのひとつとして多くの業績を残して来ました。
1969年，アポロ11号が月面に着陸。その後13号を除く17号までの6回の着陸で，合計12名の宇宙飛行士が月に降り立ち，月の石の採取や地質学的調査を行いました。アポロ計画は2010年現在に到るまで，人類が地球以外の別の天体に到達した唯一のプロジェクトです。
ジョンソン宇宙センターは1961年，テキサス州ヒューストンに設立されました（命名は1973年，ジョンソン元大統領の死去に伴ってのものです）。NASAの有人宇宙船に搭乗する全ての宇宙飛行士の訓練を行っている他，打ち上げ時を除くスペースシャトルの飛行管制，国際宇宙ステーションの管制，月の石を初め宇宙から持ち帰ったサンプルの保管などを担当しています。アポロ11号や，スペースシャトル第1号となったコロンビアの管制が行われたことでも知られます。
現地に勤務する職員数は1万人以上，内およそ3千人は連邦政府に所属しますが，残りは国と契約を結んだ企業などから派遣されています。
敷地面積は約6.5平方キロメートル。自然保護区の一部ともなっており，筆者は見つけられませんでしたが，運が良ければ野生のシカやウサギなどを見ることができます。関連する複数の建物が敷地内に点在する様子はひとつの街のようでもあります。
この『街』の南西には宇宙センターのビジターセンターとしての役割を果たすスペースセンター・ヒューストンが隣接されており，アポロ計画やスペースシャトルに関連する展示や，NASAの歴史を伝える映像を楽しむことができます。また，NASAの実際の施設に向かう見学ツアーも行われており，今回ご紹介する施設の一部もコースに含まれています。
※1 アメリカは同年12月，当時人工衛星の中心を担っていた海軍がヴァンガード・ロケットによる衛星打ち上げを試みましたが，打ち上げ直後に爆発して失敗。翌1958年1月31日，陸軍の弾道ミサイル局がカリフォルニア工科大学のジェット推進研究所の製作によるエクスプローラー1号を打ち上げて成功しました。
備考：特に断りのない場合，NASAの各施設の訳名はJAXAホームページ内で使用されている日本語名称に従っています。
宇宙に飛び立つ前に…宇宙飛行士の訓練
上：無重量訓練プール（水中に見えているのはシャトルの模型）
下：スペースシャトル実物大模型画像キャプション
スペースシャトルに搭乗する全ての宇宙飛行士が絶対に避けては通れないもの…それが訓練です。
シャトルの運用に関わるか，関わらないか（※2）によってメニューは異なっており，例えばシャトルの運用に携わるミッションスペシャリスト（搭乗運用技術者）を目指す場合の訓練には，NASAの組織そのものについてや，宇宙科学，宇宙工学などの基礎を学ぶ座学や，小型飛行機に搭乗しての操縦や通信，ナビゲーションを身につけるもの，飛行機への搭乗前には緊急時に備えた脱出やサバイバルの実習，スペースシャトルのシステムや実際の操作の座学と実習などがあります。
これら一連の訓練を終えてミッションスペシャリストとなった後も，訓練は続きます。シャトルの貨物の宇宙への放出や，地球を周回する衛星のシャトルへの格納などを行うロボットアームの操作の訓練や，船外活動に備えての訓練，乗り組むミッションが決まった後は，ミッションの内容に特化した訓練や，実際の飛行のシミュレーションが行われます。
Neutral Buoyancy Laboratory（無重量環境訓練施設）では，プールを使って宇宙の無重量状態に近い環境を再現し，船外活動の訓練を行っています。
縦31.1メートル，横61.5メートル，深さ12.2メートルのプールに，スペースシャトルとISSの実物大模型（モックアップ。ISSの太陽電池パネルなど，訓練と直接関係しない部品は割愛されています）が沈められており，宇宙服を着た飛行士が潜って船外での作業をシミュレーションします。1度に5人の飛行士が同時に訓練することができ，飛行士それぞれに対してダイバーが4人ずつ付き添って飛行士の補助や緊急時の救助にあたります。
宇宙服を着込み，時として作業に必要な沢山の器具を運びながら船外作業をする飛行士が，シャトルやISSの構造物に引っ掛かってしまわないかどうか。手袋をして太くなった手が，構造物の間を通って必要な箇所に届くかどうか。手すりを掴んだり足掛けに足を掛けたりして身体を固定した状態で，限られた時間内になおかつ正確に，必要な作業をこなせるかどうか。船外活動1時間に対し，訓練は5時間から複雑な作業では1日の限度を6時間として，日を跨いで12時間に及ぶこともあります。
勿論実際の宇宙空間ではない以上，プールには限界もあります。水中では宇宙と同じように，真横や逆さまの姿勢でも作業をすることができますが，地球の重力はなくならないため，長時間逆さまで作業していると頭に血が上ってしまいます。また，宇宙ではほんの僅かな力で自分の身体や器具などを移動させることができ，止めようとする力が加わらない限り1度移動を始めたものは何処までも移動し続けます。水の中では全く逆で，動き，動かし続けるためには常に力を加え続ける必要があり，力が加わっていないものはいずれ止まってしまいます。
打ち上げの際の緊急脱出や着陸の訓練は，実物大のシャトルの模型で行われます。
模型は水平（シャトルが地上に降りて来た時の姿勢）と垂直（シャトルの先端が上を向いた状態）の2種類があり，水平のものは着陸訓練の他，シャトル内での写真撮影の訓練にも使用されています。
※2 スペースシャトルに搭乗する宇宙飛行士には，コマンダー（船長）とパイロット（操縦士），ミッションスペシャリスト，ペイロードスペシャリスト（搭乗科学技術者，PS）の4種類があります。
船長はシャトルを操縦するだけでなく，飛行中のシャトルの安全な運用に責任を負います。操縦士はシャトルを操縦し，船長を補佐します。MSはシャトルの運用を担当し，ロボットアームの操作や船外活動などを行うほか，操縦士の補佐にもあたります。PSは宇宙で実験などを行う場合に必要に応じて乗り込む科学技術者で，シャトル自体の運用に参加することはありません。このため，ミッションの内容によってはひとりも乗っていないこともあります。
備考：
実物大模型を使っての訓練，及び次ページでご紹介しているISSでの生活時間，宇宙ごみについては，ジョンソン宇宙センターにご滞在中の若田光一宇宙飛行士にご説明を頂きました。若田さん初めセンターの皆様には，貴重なお時間を頂きありがとうございました。
宇宙での活動と地上からの支援
フロリダ州ケネディ宇宙センターから打ち上げられたスペースシャトルは，打ち上げ後の上昇・飛行・帰還に到るまで，ジョンソン宇宙センターの管制室から管制・支援を受けています。
スペースシャトルが宇宙に居ない場合は管制の必要はありませんが，その間も毎日管制室ではシミュレーション訓練が続けられています。
ISS用のミッションコントロールセンターもジョンソン宇宙センターにありますが，ISSにはロシア，日本のモジュールもあるため，モスクワ，筑波からもそれぞれ管制が行われます。
ISSの運用計画，姿勢の制御，組み立てと点検の進行，船外活動のサポートや通信，飛行位置の追跡など，ミッションコントロールの業務は多岐に渡っており，これらそれぞれの担当に対して1つのデスクが割り振られます。
ISSは24時間飛行を続けていますが，アメリカから見て地球の裏側に回っている間は通信が途切れる為，管制官は交代したり，休憩をとることができます。
ISSに滞在中の飛行士は，グリニッジ標準時に則って生活しています。ISSは約1時間半で地球を一周するため，飛行士にとっては24時間のうちに16回も夜明けを迎える計算になります。船外の昼と夜が目まぐるしく変わることになりますが，中にいる飛行士の体内時計はそれほど影響されないといいます。
ミッションの内容によっては，日本やロシアの管制を受ける都合上，それぞれの国の昼間に行わなければならない作業も出て来ます。生活時間が急に変化することになり，こちらの方が身体への負担は大きいそうです。
上：ISSのミッションコントロールルーム（中央右にISSの位置と軌道が表示されている）
下:スペースシャトルの飛行管制室（シミュレーション中の様子）
ISSやシャトルだけでなく宇宙に滞在する全ての有人・無人の飛行物体にとって，脅威となるのが他の飛行体などとの衝突です。地球を周回する軌道上には，既に運用を終了したり，事故や故障で役割を果たさなくなった人工衛星や，多段ロケットから切り離された部品，更には宇宙飛行士が船外活動中に落とした工具まで，多くのいわゆる『宇宙ごみ（スペースデブリ）』があり，万が一ISSに衝突すれば致命的な事故となる可能性があります。
彗星などに由来する塵や小型の隕石などの，自然由来の脅威もあります。
これに対して地上では，10センチを超える比較的大型の宇宙ごみの監視を常時行っており，これらが接近して来た場合はISSの軌道を変えて回避しています。しかし小型の宇宙ごみについては把握しきれておらず，自然物については塵などの軌道を完全に予測することはまず不可能です（※3）。
これらへの対策としてISSの外壁は2重構造になっており，外層が衝突のダメージを和らげ，いわばバンパーとしての役割を果たすことで内層を保護しています。
それでも内層にダメージを受けてしまった場合は，緊急用にISSに必ず1機ドッキングされているソユーズに避難します。小さな傷なら宇宙服を身に付けた後，自力で修理することもできます。特にロシア製のモジュールには，空気の流れを監視することで傷の位置を確認できるシステムが備えられており，手早い対応が可能となっています。
※3 地球館2階『科学と技術の歩み』に展示されているSFU（宇宙実験・観測フリーフライヤー）は，日本が1995年に打ち上げ，1996年にスペースシャトルの若田飛行士によって回収された実験・観測衛星です。幸い致命的な損傷はありませんでしたが，外壁には塵と衝突して開いた小さな孔を見ることができます。
NASAの将来と日本の宇宙開発
NASAの使命は，『宇宙の探索と科学的発見，航空工学の研究に於いて，未来を切り拓く先駆者となること（NASAホームページより）』です。ロシア，日本など15ヶ国の協力による国際宇宙ステーションの建設と運用は勿論のこと，ハッブル宇宙望遠鏡などの宇宙望遠鏡・科学衛星・探査機などの開発，観測にも世界各国の科学者・技術者が参加しています。
少なくともこの2点に於いては，軍事競争としての宇宙開発はなりを潜めたと言って良いでしょう。
その一方，今年いっぱいでのスペースシャトル退役（※4）に，次世代の有人宇宙飛行計画『コンステレーション計画（※5）』の中止も重なり，今後のアメリカの有人宇宙開発が何処へ向かうのかはなかなか見えて来ません。
昨年行われたアレスⅠの打ち上げ実験（NASA/Jim Grossmann）
計画の終了により，最初で最後の打ち上げとなってしまいました。
間もなく完成するISSはこの先どうなって行くのでしょうか。
昨年10月のこのコーナーでもご紹介しましたが，日本のHTVは，スペースシャトル以外で唯一，貨物室に与圧部と非与圧部の両方を揃えた宇宙ステーション補給機です。スペースシャトルの引退後，実験パレットなどステーションの外で使用される資材を運ぶことのできる唯一の補給機となります。また，搬出・搬入口の大きさもロシア，ESAの補給機より大きく，シャトルと同サイズとなっているため，大型物資を搬入できる機体としても唯一となります。ISSの運用に日本が果たす役割に対する期待は，今後大きくなっていく筈です。
宇宙飛行士の往復は，ロシアのソユーズが一手に担うことになります。ソユーズの搭乗人数は3人で，7人が乗るのが一般的なシャトルと比べ小ぶりです。しかし1971年を最後に死亡事故を起こしていないこと，実用的な緊急脱出システムを持つことなどから安全性への評価は高く，使い捨てのため技術の進歩に合わせた改良も容易です。
アメリカが今後有人飛行に対して消極姿勢に転換する，という訳でもないようではあります。ロケット，有人宇宙船共に開発が大幅に遅れていたコンステレーション計画を中止し，浮いた予算の一部を民間による有人ロケットの開発や，深宇宙へ向かう新たなロケットエンジンの開発に回すとしているからです。
アメリカ国内の意見からも賛否両論が聞かれますが，この際徹底的に議論し，より良い形で持続可能な宇宙開発を続けて行ってくれることを願ってやみません。
※4 1981年に初飛行したスペースシャトルは，これまでに120回を超える打ち上げを行って来ました。飛行士が搭乗する軌道船，固体燃料補助ロケット，外部燃料タンクの3つを組み合わせて打ち上げ，打ち上げ途中で補助ロケットと燃料タンクを順次切り離して軌道船だけが地球周回軌道に到達します。燃料タンクは使い捨てですが，軌道船と補助ロケットは耐久力こそ異なるもののそれぞれ再利用することができます。
機体の再利用は打ち上げ費用の節減に繋がると期待されましたが，メンテナンスに毎回多額の費用が掛かる上，近年では機体の経年劣化も心配されるようになりました。1986年のチャレンジャー打ち上げ時の空中爆発事故，2003年のコロンビアの大気圏再突入時の空中分解事故と2度の大事故を起こしており，原因究明や安全性の向上に多くの時間と，更なる費用が必要にもなりました。
※5 スペースシャトルの後継となる有人宇宙飛行計画として，2004年に当時のブッシュ大統領によって提唱された『新宇宙政策』に基づいて計画されました。目的地はシャトルのような地球周回軌道やISSではなく，再びの月着陸の後火星を目指すとされていました。
ロケット『アレス』はスペースシャトルでの反省に立って使い捨てに戻し，人間を打ち上げるアレスⅠと，主に物資を運ぶためのアレスⅤの2種が開発される予定でした。アレスで打ち上げる宇宙船『オリオン』も大気圏内でしか使えない翼を廃して，アポロ時代に近いカプセル型とすることにしました。アポロにはなかった太陽電池パネルを備えることで，長期間の宇宙飛行にも十分な電力を確保できる計画でした。
（研究推進課 西村美里）