動く身体：未来の旅行における人間の限界を探る

1999 年 10 月 25 日の朝、機長のマイケル・クリングと副操縦士のステファニー・ベルガリグは、オーランドからリアジェット モデル 35 を操縦し、ダラスに向かった。ダラスでは、プロゴルファーのペイン・スチュワート、スチュワートの代理人ロバート・フレイリーとヴァン・アーダン、ゴルフコース設計者のブルース・ボーランドという乗客が、新しいコースを建設する計画を立てていた。こうした旅行によく使われるリアジェットは、エンジニアリングの驚異だった。1 分間に 4,340 フィート上昇し、最高時速 530 マイルで巡航することができた。1976 年には、同様のリアジェット モデル 36 が世界一周の速度記録を樹立した。

乗組員が北へ向かうと、ジャクソンビルの管制官から、まず高度 26,000 フィート、次に 39,000 フィートまで上昇するようにという指示を受けた。「390、ブラボー、アルファ」と副操縦士が応答した。これが彼女の最後の通信だった。数分後、リアジェットは水平飛行に戻り、管制官は別の通常の指示を出した。無線で返事をする者はいなかった。管制官はその後 4 分半の間に 5 回も乗組員に連絡を取ろうとした。

飛行乗務員が反応しない場合、FAA は最も近い軍用ジェット機に目視による評価を行うよう求めます。この場合、目視による評価は、近くのエグリン空軍基地からテスト飛行中の F-16 パイロットが行いました。リアジェットと目視で確認したところ、テストパイロットは、機体の両方のエンジンが作動していると報告しました。あらゆる兆候から、リアジェットは完全に作動していました。しかし、テストパイロットは、リアジェットの窓が曇っていて、内側から結露や氷で覆われているようだったという、不安な詳細も報告しました。

「必要なことを実行するシステムを作ることはできます。しかし、その中で人間の意識を保ち、生かし続けることはできるでしょうか？」ベルガリーグの最後の通信から数分後には、キャビンの圧力が下がり、酸素がすべて抜け始めていたことが明らかになっていました。わずか 8 秒以内に、乗組員と乗客はおそらく低酸素症 (血流中の酸素不足) を経験し始め、最も基本的な運動機能と認知機能が損なわれました。問題が発生したことに気付いていなかったかもしれませんが、侵入から数分以内に、彼らはおそらく死亡していました。

それでも飛行機は飛び続けた。なぜなら、飛行機が運行するためには乗客が快適である必要はないからだ。乗客が呼吸している必要さえない。

肉体の限界

人間は脆い。わずか数フィート落下しただけで骨は折れる。肉は、一般的な薪ストーブの作動温度で燃える。人間の居住地は標高 19,520 フィート以下で、26,000 フィートを超えても生き続けることは誰にもできない。

一方、機械は多くの衝撃に耐えることができます。たとえば、ボーイング 777 の翼は静止位置から 24 フィートも曲がる可能性があり、その程度まで曲がるほどの乱気流は、飛行機にダメージを与えるよりずっと前に乗客にダメージを与えます。1997 年、東京からホノルルに向かう途中のユナイテッド航空 826 便は、突然の「晴天乱気流」に遭遇し、乗客を座席に押しつぶして天井に投げ飛ばしました。乱気流により乗客 1 名が死亡、70 名が負傷しました。しかし、パイロットは飛行機を無事に東京に戻すことができました。

これはあらゆる移動手段の根本的な限界だ。「必要なことを実行するシステムを作ることはできる」と、元米空軍エンジニアで現在は民間航空会社のコンサルタントを務めるマイケル・プラニー氏は言う。「しかし、その中で人の意識を保ち、生かし続けることができるか。それが課題だ」

将来、私たちがどのように場所から場所へ移動するかは、乗客が何に耐えられるかによって決まります。体はどれだけ速く加速できるか？ 同じ場所にどれだけ長く留まれるか？ 乗り物に何人乗れるか？ 現時点では、こうした肉体の限界については大まかにしかわかっていません。

希少なデータ

私たちが知っていることの多くは、航空士や宇宙飛行士の暴力的で、しばしば偶発的な経験から逸話的に引き出されたものです。1966 年、ビル ウィーバーという名のテスト パイロットは、マッハ 3.18 で SR-71 ブラックバードが分解したときに脱出に成功しました。彼のシステム オフィサーは死亡しましたが、ウィーバーは 78,000 フィートで 2,000 mph を超える空気抵抗に耐え、少なくとも与圧服で保護されている場合、人間は実際に非常に高い高度でも信じられないほどの衝撃に耐えられることを明らかにしました。

「快適さを数値化するのは難しい。私たちは主に安全性を重視します。」1960年、空軍大尉のジョセフ・キッティンガーは、パラシュート降下最高高度（102,800フィート）と大気圏内での人間の自由落下最高速度（時速614マイル）の、いまだ破られていない記録を樹立しました。そして1947年から1954年にかけて、ライト航空開発センターの航空医学研究所に所属していた空軍大佐のジョン・スタップは、現在のエドワーズ空軍基地を横切るロケットそりのテストを何度も受けました。彼の「人間減速機」での1回の走行中、スタップは時速630マイルからわずか数百フィートで完全に停止し、46Gの減速を経験しました。

しかし、人間の許容範囲に関する標準化されたデータはなかなか手に入りません。NASA の宇宙医学部門主任 JD ポルク氏は宇宙旅行の負担についてよく知っています。彼の宇宙飛行士たちは発射台で何時間も待ち、無重力環境で何ヶ月も生活してきました。しかし、彼でさえ人間の限界点を正確には言えません。それは、エンジニアが宇宙船の他の部品のように人間をテストできないからです。スペース シャトルの設計では、「部品が壊れるまでストレスをかけることができます」とポルク氏は言います。「人体は、エンジニアリングにおいて故障させることができない唯一のシステムです。」

軍やNASAの研究者は、少なくとも民間旅行者が期待するような形では、人間の快適さを実際に調査していない。彼らは、旅行者が特定の航空会社を利用したり、特定の車を購入したりするように説得するような条件を設計しようとはしていない。その違いはイラク戦争中に強調された。バグダッド国際空港は、民間人が軍の効率性による不快感を定期的に経験する世界でも数少ない場所の1つとなった。通常の長く低い滑走路への進入ではなく、民間パイロットは、ロケット弾や小火器の射撃を避けるために、35,000フィートの高さから急な螺旋状の「コークスクリュー降下」で降下しなければならなかった。これは標準的な軍の進入経路である。しかし、民間人にとっては恐ろしい。「飛行機の性能は本当に驚くべきものです」と、バグダッドに数回飛行したフリーランス記者のトム・A・ピーターは言う。 「私は飛行機事故に遭ったことはないが、コークスクリュー着陸は、実際に飛行機を破壊せずに着陸できる最も近い方法だと想像せざるを得ない。」

オリオン宇宙船の乗組員モジュールの座席システムを設計したNASAのエンジニア、ダスティン・ゴーマート氏は、軍用と民間用の区別を分かりやすく説明する。「快適さそのものを数値化するのは難しい」とゴーマート氏は言う。「私たちは乗組員の安全を第一に考えています。」

安全のための設計

「人体は、工学上、故障させることができない唯一のシステムです。」NASA の乗り物には非常に高い基準が課されています。宇宙船は、救助がなければ何時間も、あるいは何日も墜落する可能性があるため、「乗組員が自力で救助できるようにしなければなりません」とゴーマート氏は言います。そして、時にはそれは従来の設備を廃止することを意味します。例えば、オリオン カプセル計画では、ゴーマート氏のチームはシート クッションを完全に廃止しました。クッションは、体とその下の硬いシートをわずか数ミリ隔てているかもしれませんが、突然の減速では、怪我を負うのに十分な力で体がそのわずかな距離さえも閉じる可能性があります。オリオンのシートは各宇宙飛行士にかなりぴったりとフィットし、重量配分により、多かれ少なかれ耐えられる体験ができます。しかし、快適さが目標ではありません。シートは宇宙飛行士の生命を維持します。

もちろん、NASAは搭乗者についても選り好みするが、その選り好みの度合いが、NASAが我々の快適さについて教えてくれることをさらに制限している。連邦航空局は民間航空会社に対し、身長5パーセンタイルの女性（約5フィート）から95パーセンタイルの男性（6フィート3インチ以上）まで、ほぼ全人類を安全に収容することを義務付けている。NASAではそうではない。各宇宙飛行士が宇宙船の運用環境に合うようにするため、NASAは身長と体重だけでなく、四肢のあらゆる測定値を評価する。適合しなければ飛行できない。「スクリーニングの一環として、宇宙飛行士の3次元ボディスキャンを実施しています」とゴーマート氏は言う。「大腿骨が長すぎると、不適格になることがあります」。空軍のパイロットも飛行機に適切に適合させる必要がある。設計された標準よりも長い脚は、パイロットが緊急時に脱出したときに折れる可能性がある。

民間の乗客は、身長や体格に関係なく、優しい扱いを期待しています。そのため、エンジニアは非常に慎重な許容範囲を設定する必要があります。たとえば、鉄道システムの設計者は、直線加速度と横加速度 (発進、停止、左右への揺れによって乗客に及ぼされる力) の許容限度を 0.15 G 以下と見なしています。これは、月面で感じる加速度とほぼ同じです。この限度であれば、乗客はシートベルトを着用せずに車内で自由に歩き回ることができます。

しかし、設計上の制約は速度の制約としても機能する。1990年、国家磁気浮上構想と呼ばれる連邦プログラムの技術者らが、高速磁気浮上（リニアモーターカー）列車の国内での可能性を調査し始めた。最速の上海空港シャトルは時速268マイルに達する。当時、米国の高速道路システムを担当する上院小委員会の委員長だったダニエル・パトリック・モイニハンは、リニアモーターカーを米国の高速道路の中央分離帯に沿って配置することを提案していたため、1992年7月、リニアモーターカーの速度で州間高速道路を走行するとどのような感じになるかをよりよく理解するため、4人の技術者がナショナル空港からプライベートジェットで出発した。「時速180マイルで走行し、ニューヨーク州高速道路で曲がるときに曲がるのと同じように機体を傾け始めました」と、現在リニアモーターカーのコンサルタントを務めるローレンス・ブローは回想する。 「私たち全員が気分が悪くなったのは、スピードや加速が原因ではありません」とブロウ氏は言う。「傾きが原因でした。」

吐き気を避ける

乗り物酔いは、民間人の希望と軍の要件が重なる数少ない分野の 1 つです。戦闘や飛行が必要なときに兵士や宇宙飛行士が吐くことを望む指揮官はいません。大量のデータが生成されています。たとえば、1995 年に英国海軍の医師が、被験者を直立または仰向けに寝かせた状態で垂直および水平方向の運動の繰り返しにさらしたところ、被験者はうつ伏せの状態で水平方向の運動を最も耐えられ、座った状態での水平方向の運動が最も耐えられないと判断しました。また、2006 年の研究では、低頻度の運動 (ラクダの歩き方) は高頻度の運動 (馬の歩き方) よりも吐き気を催すことが明らかになりました。

1881年にイギリスの医師J.A.アーウィンが提唱し、1970年にNASAが大筋を確認した定説は、視覚入力が前庭系、内耳入力と矛盾するとき、つまり、見ているもの（動かない隔壁）が感じているもの（急加速）と矛盾するとき、酔いが生じるというものだ。運転手やパイロットよりも先に同乗者が酔うのはこのためだ。「後部座席では視界が悪くなるのが問題です」とフォード・モーター社の車両設計およびインフォトロニクス担当マネージャー、ゲイリー・ストルモロ氏は言う。これにより、乗り物酔いに非常にかかりやすい人でも、運転することで酔いを回避できることが多い理由が説明できると彼は言う。

飛行機での移動でも同じことが言える。「操縦士は飛行機の動きを事前に知っている」とアラバマ州フォートラッカーの米陸軍航空医学研究所で乗り物酔いを研究している心理学者のキャサリン・ウェッブは言う。乗客の場合、「飛行機の動きに対する予想は実際の動きと矛盾することが多く、その結果酔いになることが多い」と彼女は説明する。

ドラマミンという商品名で販売されているジメンヒドリナートという薬は効果がありますが、眠気も引き起こし、幻覚剤として作用することもあります。NASA は代替品を切望しており、3D 映画で着用するような LCD シャッター グラスの使用を研究しています。前庭系が乱れると、網膜が画像を安定して保持できなくなり、吐き気を引き起こす可能性があります。シャッター グラスはストロボ効果を生み出し、視界を個別の画像に分割して各画像を 1 か所に固定し、脳が前庭系と視覚を連携させるのに役立ちます。

今のところ、乗り物酔いを和らげるには、視界がよいのが一番だ。しかし、乗客に飛行機の本当の動きを見せると、問題も生じる。乱気流の中で、機体の後方に座っている乗客の動き方は、前方に座っている乗客とはまったく異なる。「視界がはっきりしていれば、胴体がねじれているのが見える。それが本来の動きだ」とプラニーは言う。しかし、その光景は乗客を不安にさせる傾向があるため、設計者は、ほとんどの最新ジェット機の内部にトイレやカーテンを設置して視界を遮る方法を学んだ。

速度はどのくらいですか?

地球上の商業輸送の本当の限界は何でしょうか? 車両がどんなルートでもどんな速度でも、壊れることもガソリン切れになることもなく走行できると仮定してみましょう。車内では、私たちの身体に何が耐えられるでしょうか?

世界最長の商業直行便は、ニューアークからシンガポールへの9,535マイルの飛行で、所要時間はわずか19時間未満です。リニアモーターカーでの旅を想像してみてください。2つの都市を結ぶ滑らかで直線の路線であっても、商業用リニアモーターカーの運行会社は、乗客の苦情を避けたいため、加速と減速に対して控えめな0.15Gの制限を守らなければなりません。その制限内では、列車は継続的に加速し、北極圏のどこかの中間地点で、ほんの一瞬、最高速度11,000 mphに達します。その後、直ちに快適な0.15Gの減速を開始し、合計2時間弱の旅となります。しかし、この理論上の超高速列車に、より緩やかな商業飛行の基準、つまり加速1.5 G、減速1 Gを適用すれば、旅程ははるかに速くなります。列車は、旅程の最初の3分の1を使って時速30,000 mphまで加速します。そして、残りの 3 分の 2 の旅程で (やや) 緩やかに減速します。所要時間は 46 分です。途中の町々を轟かせるソニック ブームなどの他の考慮事項を除けば、これは、意識のある乗客が料金を払って乗る限り、地球上で最も速い旅程です。

そんな旅は、もうすぐ実現するのだろうか。2001 年 3 月、ボーイング社は、音速にわずかに届かない速度で飛行できる、いわゆる「ソニック クルーザー」のコンセプトを発表した。これは、現在就航中の最速の民間ジェット機の 1 つであるボーイング 747-400 よりも 20% も速い。ボーイング社は、この新しいワイドボディ機により、3,000 マイルの飛行ごとにほぼ 1 時間短縮できると約束している。

快適さを第一に

しかし、航空会社は大抵、旅行を早く短くするよりも、乗客の旅行体験を邪魔する方が簡単で安価であることに気付きつつある。乗客は、周囲をコントロールしているという感覚があれば、機内で少しの時間を過ごしても構わないと思っていることがわかった。「動く地図ディスプレイ、機内インターネット、テレビを見ること、これらすべてが役に立つ」とプラニー氏は言う。

一方、ボーイングは、乗客がスピードよりも快適さを選ぶだろうと賭けている。同社は、来年に最初の商業飛行を行う予定の 787 ドリームライナーに注力するため、2002 年にソニック クルーザー プログラムを棚上げした。この新型機は、ソニック クルーザーの構造設計の多くを借用しており、複合材が機体の 50 パーセントを占めているのに対し、777 では 20 パーセントとなっている。

飛行時間は短くなることはない。しかし、飛行機が軽くなれば燃料消費量も少なくなる。そして、さらに重要なのは、複合材によって機内環境がより快適になるという点だ。従来のアルミニウム胴体を持つ飛行機では、機内の湿気によって金属が腐食する可能性があるため、技術者は機内環境を極めて乾燥した状態に保つ必要がある。

与圧された 747 では、乗客は高度 8,000 フィートに相当する高度に座っている。787 では、体感高度は 6,000 フィートとなり、複合材がそれほど早く腐食しないため、空気はより湿っていて快適になる。ボーイングが後援するオクラホマ州立大学の研究では、500 人が客室内で 20 時間の飛行をシミュレートした。乗客は、高度を新たに体感すると、痛みが軽減し、よりリラックスしたと報告した。機内エンターテインメントと適切な照明と組み合わせると、快適さは余分なスピードの必要性をなくすようだ。時間が早く過ぎるように感じるなら、なぜより速い飛行機を設計するのだろうか。

無人機のリアジェットは、国内のほとんどを自力で横断し、全員の呼吸を維持するために必要な 1 つのシステムを除き、機体の他の部分は完璧に機能しているように見えました。この飛行は、乗客と乗員にとっても、これ以上ないほど快適でした。低酸素症の進行 (方向感覚の喪失、鎮静、意識喪失) は、被害者には気づかれないことがよくあります。乗客は、飲み物や飲みかけのラテを手に、飛行中ずっと座席にいたと思われます。

旅行を経験すると、移動にコストがかからないという錯覚に陥ります。しかし、乗り物は本質的には繭であり、その中で私たちを包み込むシステムには、私たちがどれだけ速く、どれだけ遠くまで来たかを感じさせないようにするという基本的な目的があります。