ロケット打ち上げの音は天文学的なほど大きい

半世紀前、NASA のサターン V ロケットが人類を月に送り込んだとき、その打ち上げのたびにその威力は見物人を驚かせました。打ち上げの炎はまばゆいばかりで、打ち上げの爆発音は雷のような音でした。それは世界中の多くの人々の想像力をかき立て、今でも宇宙飛行の伝説として語り継がれています。

サターン V の威力に関するいくつかの伝説では、その爆発の瞬間の音響の威力がドラマチックに表現されている。伝えられるところによると、打ち上げの音でコンクリートが溶け、近くの草が燃えたという。

航空音響学者は、そのような影響は打ち上げの音によって生じたのではないことを裏付ける新たな計算結果を、8月23日付けの米国音響学会誌に掲載された論文で発表した。しかし、サターンVのような非常に大きなロケットの轟音を理解することはますます重要になっていると、彼らは言う。NASAの最新ロケット、史上最大のスペース・ローンチ・システム（SLS）は、早ければ月曜日にもアルテミスIミッションを打ち上げる予定だ。一方、政府および民間の宇宙飛行の取り組みは世界中で急速に拡大している。

「ロケット打ち上げを体験したことがある人なら、音響がものすごいことに気づくでしょう」と、ブリガムヤング大学の物理学教授で、この論文の筆頭著者であるケント・ジー氏は言う。しかし、音の強さを理解するのは、ロケット打ち上げの近くで聞こえる音だけではない。「ロケットが作り出す音響を理解しなければ、ペイロードを効率的に設計することはできない」と同氏は言う。なぜなら、ロケット打ち上げの音響は、搭載物すべてに損傷を与える可能性があるからだ。そして、人類が宇宙の奥深くへと進むにつれ、宇宙飛行は不必要に困難になる可能性がある。

[関連: 深宇宙からのノイズ信号からわかること]

ロケット打ち上げ時の騒音は、さまざまな発生源が複雑に絡み合って発生すると、ジェームズ・マディソン大学の数学教授で航空音響学者のキャロライン・ルバート氏は言う。ルバート氏はこの新論文の著者ではないが、以前ジー氏と共同で過去半世紀のロケット騒音の再評価を行っており、その一連の研究がサターン V の新論文の基礎となった。航空音響学者が最も懸念しているのは、ロケット騒音による振動で、この振動は宇宙船や搭載物、さらには発射台の構造物に損傷を与える可能性がある。また、こうした構造物は音を反射してロケットの音響を増幅させることもある。

また、世界中の新たな場所に宇宙港が次々と建設されるにつれ、打ち上げによる騒音公害が周辺地域や野生生物にとってますます大きな懸念となっているとルバート氏は言う。

打ち上げの騒音がどの程度になるかを予測する新しい計算が必要です。ロケット打ち上げの音響パワーに関する考えの多くは、1960 年代の NASA のアポロ計画に先立って行われた騒音研究に基づいています、と Gee 氏は言います。そして、その古い情報の一部は、直接記録されたデータではなく、観察に基づいていました。サターン V 打ち上げの実際の影響を判定することで、エンジニアは月打ち上げと今後の打ち上げを直接比較することができます。

ジー氏と同僚がロケット打ち上げ時の音響の歴史的記録を調査していたところ、サターン V の打ち上げ時の騒音レベルに関する報告が著しく異なっていることがわかった。ある報告ではサターン V の打ち上げ時の騒音レベルは 180 デシベルと低く、別の報告では 235 デシベルと高かったと報告されている。(ちなみに、商用ジェット エンジンの騒音レベルは 120 ～ 160 デシベル程度である)。これは対数的な尺度であるため、10 デシベルごとに桁違いに増加する。

「これを電球に当てはめると、10ワットの電球とメガワットの電球は同じものだと言っているようなものです」とジー氏は言う。「人々は、そのレベルが何なのか、またそのレベルについて何を言っているのかをあまりよく理解していませんでした。」

ジー氏は、音を評価する際の課題の 1 つは、デシベルで測定される 2 つの異なるもの、つまり音響パワーと音圧があることだと説明しています。彼によると、音響パワーはロケットが生成する音響エネルギーの総量を指します。一方、音圧は特定の距離に届く音の量です。音源から遠ざかるほど、音は静かになり、したがってその地点での音圧は低くなります。

サターンVの打ち上げで放出される低デシベル音に関する報告の一部は、音響出力ではなく音圧の測定値から来ている可能性が高いと彼は言う。

[関連: NASA がブラックホールの歌を録音、聴くことができる]

ジー氏と彼のチームが、ロケットの推力やその他の特性に基づいてサターン V 打ち上げの音響パワーのコンピューター モデルを作成したところ、約 203 デシベルの音響パワーが発生することがわかった。これは本当に大きな音だが、コンクリートを溶かしたり、草地火災を引き起こすほどの音量ではない。「人類は、音波だけで、そのような音源をまだ生み出していない」とジー氏は言う。比較すると、サターン V 打ち上げの音響は、約 700 機の軍用機が同時に飛行するのと同じ音量になるという。

ジー氏と彼のチームは、アルテミス I の SLS 打ち上げでは、サターン V と同程度の音響パワー、おそらく 1 デシベル高い音響パワーが発生すると予想しています。「ロケットの打ち上げ時には、推力とパワーが少し大きくなります。これと、以前に行ったモデリングを使用します」とジー氏は言います。「同じアプローチを採用すると、SLS はサターン V よりも少しだけ音が大きくなることが示唆されます。」

しかし、NASA の最新の騒音抑制システムにより、SLS の音がさらに抑えられる可能性もあるとルバート氏は言う。「[サターン V の打ち上げから 5 年の間に] 補償するために他の対策を講じてきました」と同氏は言う。「振動音響負荷の予測には、非常に大きな変動性と不確実性があります。」

月曜日、SLS がアルテミス I を打ち上げる予定のとき、ジー氏と彼のチームはその近くにいる。彼らはサターン V の研究に基づいて選ばれた戦略的な地点にセンサーを設置し、NASA のこれまでで最も強力なロケットが、同時に最も騒音の大きいロケットになるかどうかをチェックする準備を整えている。