ついに宇宙飛行士を火星へ運ぶことができる時速123,000マイルのプラズマエンジン

宇宙飛行士を他の惑星に送る最大の希望は、ヒューストンにあるNASAのジョンソン宇宙センターの、厳重な警備が施された数十億ドル規模の施設の中にあると思われるかもしれない。しかし、実際は通りから数マイル先のショッピングモールの裏にある大きな倉庫にある。この味気ない、魅力のない建物は、民間の航空宇宙新興企業であるAd Astra Rocket Companyで、その中で創業者のフランクリン・チャン・ディアスが、NASAがこれまでに飛ばしたどのロケットよりも速くて強力なロケットエンジンを製造している。チャン・ディアスは、スピードこそが火星に生きて到着するための鍵だと考えている。実際、3階建ての試験室を覗き込むと、彼のエンジンはいつの日か赤い惑星だけでなく、木星やその先まで飛ぶだろうと彼は私に語った。

私が疑わしげな顔をすると、チャン・ディアスは礼儀正しく微笑んだ。彼はこの反応には慣れている。彼は、マサチューセッツ工科大学の博士課程の学生になった1973年からプラズマロケットの構想を練ってきた。彼のアイデアはこうだ。ロケット燃料は重くて効率の悪い推進剤だ。そこで彼は、原子炉を使ってプラズマを200万度まで加熱する宇宙船のエンジンを作ることを思いついた。磁場がエンジンの後ろから熱いガスを噴出させる。彼の計算によると、そのようなエンジンを使う宇宙船は時速123,000マイルに達することができ、ニューヨークからロサンゼルスまで約1分で移動できる。

チャン・ディアスは、自分のアイデアがうまくいくと聞く人すべてに納得してもらうために、ほぼ全キャリアを費やしてきたが、その過程でキャリアはいくつかの転機を迎えた。1980 年のある日、彼はプラズマ ロケットの無限の可能性をまた別の MIT 教授に売り込んでいた。教授は辛抱強く耳を傾けた。「SF の境界線のように聞こえるのは分かっています」とチャン・ディアスは言っていた。そのとき電話が鳴った。教授は指を立てた。「ええ、教授はここにいます」と驚いたエンジニアは受話器に向かって言い、電話を渡した。「フランクリン、あなたです」。電話の相手は NASA だった。コスタリカ出身の優秀な学生が宇宙飛行士に選ばれ、NASA の最もエリートな部隊に選ばれた初の帰化アメリカ人となった。「興奮しすぎて、ほとんど踊っていた」とチャン・ディアスは回想する。「電話コードで教授を誤って絞め殺しそうになったほどです」

宇宙飛行士はみんな大きな夢を抱いているが、フランクリン・チャン・ディアスの夢はとてつもなく大きい。大学生として、25年間宇宙飛行士として、そして起業家として、彼の唯一の原動力は、火星行きのロケットを建造し、飛ばすことだった。「もちろん宇宙飛行士になりたかったし、もちろんこれで飛べるようになりたいです」と彼はプラズマ推進ロケットについて語る。「つまり、自分で作ったロケットで飛ばないなんて想像できないんです」。そして今、彼はその夢に近づいている。4年後、チャン・ディアスは宇宙で初めて自分の技術を展開することになる。彼の会社は、最大1億ドルの民間資金の援助を受けて、国際宇宙ステーションで小型ロケットをテストする予定だ。可変比推力磁気プラズマロケットの略称である「ヴァシマー」でよく知られるこのロケットが価値あるものであることが証明されれば、彼はさらに大型のプラズマ推進宇宙船を建造するという積極的なスケジュールを立てている。

チャン・ディアス氏は、比較的現実的な言葉で自分の夢を語る。彼は火星に直行するつもりはない。まず、民間企業や政府が必要とする宇宙整備のより日常的な側面を実行するロケットを開発する。つまり、軌道を外れた衛星の修理、再配置、再ブースト、宇宙で増え続ける「宇宙ゴミ」の除去、回収可能な物の回収などだ。「もちろん、大丈夫です。そう言うのは恥ずかしいことではありません。私たちは基本的にここでトラック輸送業を営んでいます」と彼は言う。「私たちは宇宙でAAA級のレッカー車のような存在になるでしょう。宇宙で地元のゴミ収集業者になれて幸せです。それは信頼性が高く、持続可能で、手頃なビジネスであり、それが成長の道なのです」

しかし、チャン・ディアス氏は最終的には地球外トラック輸送事業以上のものを構築するつもりで、彼の野望は、月をはるかに超えた探査をサポートする民営宇宙産業を求めるバラク・オバマ氏の呼びかけと偶然一致している。「まずは歴史上初めて宇宙飛行士を小惑星に送ることから始めます」とオバマ氏は今年初め、ケネディ宇宙センターで行われたNASA関連の重要な演説で述べた。「2030年代半ばまでには、人類を火星の軌道に送り、安全に地球に帰還させることができると信じています」

このような信念はあまりにも野心的すぎるように思えるかもしれないが、航空の目標は常にそう思われてきた。たとえば、1903 年 10 月、アメリカ天文学会の初代会長で天文学者のサイモン ニューカムは、動力飛行の概念が疑わしい理由を次々に説明した。「われわれの機械工学者は、最終的には、空中飛行は人間が決して対処できない大きな問題の一つであると認めざるを得ず、それに取り組む試みをすべて諦めることになるのではないだろうか」と彼は問いかけた。それから 2 か月も経たないうちに、ライト兄弟はキティホークで飛行した。そして 1920 年代には、フランク ホイットルという若者が、プロペラ駆動とはまったく異なる理論上のエンジンの図面を考案していた。タービンから空気をすくい取り、一連の「ジェット」ノズルから噴射するエンジンだ。「ホイットル、とても興味深い話だ」と、ケンブリッジ大学の航空工学の教授の 1 人が言った。「だが、うまくいかないだろう」

追跡
チャン・ディアスは7歳の時、母親から米ソ宇宙開発競争について説明を受けたのをきっかけに、宇宙飛行士になろうと決意した。その夜、彼は星空を眺め、スプートニクを探すために出かけた。しかし、すぐに問題があることに気づいた。彼はたまたまコスタリカの国民だったが、コスタリカには宇宙計画がなかったのだ。10代の頃、彼は宇宙飛行士になるにはどうしたらよいかとNASAに手紙を送った。返ってきた手紙には、NASAで飛行するにはアメリカ国民でなければならないと書かれていた。大胆さは彼の家系に受け継がれており、中国人の祖父は清朝と戦い、国民運動弾圧中にコスタリカに逃れ​​た。そのため、チャン・ディアスは市民権のようなものにひるむつもりはなかった。

高校卒業後、NASA に入隊しようと決意したチャン・ディアスは、コネチカット州の親戚のもとに身を寄せました。英語があまり得意ではなかったにもかかわらず、彼はコネチカット大学の奨学金を獲得しました。これは米国市民向けの奨学金です。誰かがコスタリカをプエルトリコと勘違いしたと、彼は笑いながら思い出します。その間違いが指摘された後、彼は奨学金を取り消すと告げられました。彼は大学の管理者に訴え、彼らは州に訴えることに同意し、奨学金の一部が復活し、彼が大学に通えるだけの額になりました。

そこでの彼の研究は傑出しており、MIT の原子力工学博士課程に受け入れられた。その後、彼は宇宙飛行士になるために応募したが、NASA は彼を断った (チャン・ディアス氏によると、おそらく米国市民権の申請がまだ通っていなかったためだろう)。帰化した後 (現在は米国とコスタリカの二重国籍を持つ)、彼は 19 の空きポストに 4,000 人近い応募者の 1 人として再度挑戦した。プラズマ物理学の博士号、宇宙船エンジンへのひたむきな集中力、優れた体調、そして明らかな意欲が組み合わさって、彼は NASA の選抜者の 1 人となった。

チャン・ディアス氏は、宇宙飛行士になったことで、自身のビジョンにさらに集中できるようになり、火星やその先に到達するにはスピードが重要だという信念がさらに強くなったと語る。「信じてください」と同氏は言う。「もっと早く行けると分かっているなら、宇宙船の中に6～8か月も座り続けたい人はいないでしょう。」

チャン・ディアスは、長距離宇宙旅行を、多くの点で究極の問題に対する究極の解決策と見ています。人類は、いつかは生き残るためにどこか別の場所で暮らすしかないという結論に至らざるを得なくなると彼は主張しています。また、地球上の資源が枯渇しても、宇宙にはリチウムよりも電池に、銅よりも伝導性にはるかに役立つ、潜在的にもっと利益の出る資源がある可能性も十分にあると、チャン・ディアスは結論付けています。

「金や富、あるいは想像もできない何かが見つかるかどうかは、実際にそこに行って確かめるまでわかりません」と彼は言う。「私は火星を最終地点だとは思っていません。むしろ通過点だと思っています。私たちは太陽系全体を探索します。いつかそこで生命が見つかり、すべてが変わるでしょう。」

チャン・ディアス氏は、これまで行われてきた宇宙探査を、ルイスとクラークの政府支援による探検隊がアメリカ西部に関する膨大な知識を持ち帰った、アメリカ開拓初期の探査に例える。次の段階は、1800 年代半ばの成長期に非常に似たものになるだろうと同氏は考えている。当時、民間の鉄道会社や鉱山会社が、土地の寄贈やその他の政府援助に支えられ、西部の開拓と開拓を壮大なものにした。

しかし、宇宙探査はもはや国家の業績の問題ではないと彼は言う。「米国とソ連の間にはもはや大きな対立はありません」と彼は言う。「今はまったく違います。この計画を成功させるには、私たち全員がお互いを必要としています」。彼は米国民が参加することを望んでいるが、それも決して確実ではない。「ブラジル、インド、中国、ヨーロッパの一部の国々には、米国が 50 年前、あるいは 100 年前に感じていたのと同じ相性がかなりあります。これは新しい開発者クラブなのです」

チャン・ディアス氏の説明を聞くと、私たちは国家主義的な支配への歩みから、革新に対するよりオープンで即興的なアプローチへの移行の瀬戸際にいるようだ。もしそれが本当なら、彼が即興の感覚を失わずに NASA で 25 年間勤務したことを振り返る価値がある。

2000年、ISSを訪れる乗組員のための米国とロシアの合同サバイバル訓練プログラムの一環として、チャン・ディアスは一連の練習訓練のためモスクワの西60マイルを飛行した。教官たちは彼と彼の2人の乗組員、2003年にスペースシャトルコロンビア号で死亡したカルパナ・チャウラと、チャン・ディアスによると体格が自分たちよりずっと大きかったロシア人宇宙飛行士に対し、以前のミッションで起きた事故をシミュレートする必要があると伝えた。その事故では降下カプセルが猛吹雪の真っ只中に着陸し、救助隊がそこに到達するのに48時間かかった。ロシア人は彼に、今後はソユーズ乗組員全員がそのような状況を想定した訓練をしなければならないと告げた。

それはちょっとやりすぎだ、とチャン・ディアスは思ったことを覚えている。「なぜ一瞬でも再突入を遅らせて、フィジーかインド洋か、どこか暖かくて快適な場所に着陸しないのか？」しかしそれが任務だったので、エンジニアたちがバーナーで外部を再突入温度まで加熱する間、3人は半分埋まったカプセルの中で完全な飛行装備で座っていた。「サウナのようでした」と彼は言う。

その後、乗組員は宇宙服を脱いでサバイバルギアを着る必要があった。カプセルは非常に狭かったため、この作業にはほぼ 1 日かかり、各宇宙飛行士は交代で 1 つの宇宙服から別の宇宙服に着替えるのを手伝ってもらった。最後に、彼らは目もくらむほどの雪の中に出て、シェルターを作るように指示されたマニュアルを見た。チャン ディアスは、そのことを思い出してうんざりする。

凍えそうなチームメイトに向き直り、彼はカプセルのパラシュートのシルクを集めるよう指示した。モンタナでの狩猟旅行中に、義父が彼に冬用のテントの作り方を教えたのだ。近くの樺の木の幹とシルクを使って、即興でテントを作った。30分後、彼はテントの中で火を燃やし、3人はすぐに靴下を履いて、乾いて快適に座った。

すぐに、フラップから顔が覗いた。尾根から双眼鏡で見ていたロシア人は、何が起こっているのか知りたがっていた。ティピーはマニュアルに載っていなかった。みんな大丈夫か？乗組員は微笑んだ。

チャン・ディアスは彼らに「大丈夫ですよ。とても寒そうですよ。どうぞお入りください」と言いました。そこで監視員たちも彼らに加わり、座り、上着を脱いで、お茶をすすりました。

課題
チャン・ディアス氏は、地球に無事帰還することがいかに難しいかをよく知っている。彼のキャリアは死で幕を開けた。NASAのスケジュール記録の定期的な調整がなければ、彼自身の死でもあったかもしれない。NASAは、1986年に予定されていたスペースシャトル「チャレンジャー」での彼の最初のミッションから彼を外し、その代わりに直前のミッションに彼を配置することを決定した。16日後、地球に帰還したばかりの彼は、チャレンジャー号が離陸から73秒後に爆発し、親しい友人や同僚が亡くなるのを見届けた。彼はその後、1986年から2002年の間に合計7回のミッションに参加し（宇宙飛行士史上タイ記録）、地球の大気圏外で1,601時間飛行した。そして、最後のミッションから数か月後、コロンビア号は再突入中に分解し、乗員7人全員が死亡した。

チャン・ディアスの発明は、打ち上げの危険性をほとんど減らさないだろう。プラズマエンジンは宇宙の真空に依存しており、地球周回軌道に到達するには、チャン・ディアスが言うところの「由緒ある化学ロケット」が依然として必要だ。しかし、宇宙空間こそが、乗組員の安全性を大幅に向上させる彼の研究の舞台である。彼が指摘するように、別の惑星に向かう途中では多くの問題が発生する可能性がある。従来のロケットによる宇宙旅行の限界は、地球周回軌道に到達するために、ロケットが制御された一回の爆発で一度に全燃料を使い切らなければならないことだ。その後、ほぼ一定の速度で惰性で進み、火星の重力圏に入る。NASA は、このような旅には約 7 か月かかると見積もっている。その間、チャン・ディアスの説明によると、中止手順はない。宇宙船は進路を変更できない。事故が起きれば、地球は 10 分間の通信遅延で、乗組員のゆっくりとした死を目にすることになる。「化学ロケットでは火星に行けない」と彼はきっぱりと言う。 「旅行が長すぎるんです。」

一方、ヴァシマーのようなプラズマロケットは、全行程にわたって推進力を維持する。徐々に加速し、23日間で最高速度34マイル/秒に達する。これは化学ロケットの4倍以上の速度であり、火星への旅を少なくとも6か月短縮し、機械的な危険や太陽放射線への曝露のリスクを最小限に抑える（チャン・ディアスの設計では、乗組員を水素で保護する）。
タンクの損傷、骨量の減少、筋萎縮、あるいは航海中に生じる他の無数の障害のいずれかが原因となる。また、航海中は推進力が確保されるため、船はいつでも進路を変えることができる。

しかし、有人宇宙飛行計画は現在、旧式のロケット工学に基づいて構築されている。NASA は、化学燃料で動く推進システムに主に投資してきたが、それには合理的な理由がある。チャン・ディアスのロケットには多くの課題がある。まず、ヴァシマーで動く火星探査機には、プラズマを加熱するために必要な大量の電力を生成するために、原子炉を数基搭載する必要がある。NASA は 2003 年に宇宙旅行用の原子炉の開発に着手したが、わずか 2 年でプロジェクトを中止した。爆発や衝突による放射線のリスクが大きすぎる可能性が高いためだ。そして、より従来型の推進プログラムにリソースを振り向けた。また、プラズマガスを磁場を通して安全に導く方法をまだ誰も解明していない。あるいは、秒速 34 マイルの速度で移動すると人体がどのように反応するかも解明されていない。「現実には、ロケットは常に機能するわけではない」と、新興の民間宇宙産業の主要プレーヤーの 1 つであるロケット会社 SpaceX の原動力であるイーロン・マスクは言う。ファルコン1ロケットを軌道に乗せるために何年も苦労してきたマスク氏にとって、核物質を運ぶロケットの場合、リスクは特に大きいようだ。「何か問題が起きれば、放射能の残骸が地球に落ち、大惨事になります」と同氏は言う。

火星行きのプラズマ宇宙船を軌道に乗せるには、従来のロケットが必要であることは事実だが、チャン・ディアス氏は、ヴァシマーの打ち上げが余計なリスクを伴うという考えに異論を唱える。同氏は、宇宙船が放射能を地球に拡散させる危険地帯から脱出するまで、原子炉は不活性化されたままであると指摘する。また、NASA はすでにいくつかの原子力電気探査機の打ち上げに成功している。不可能なことは何もない。「安全に打ち上げることができます」と同氏は言う。「私たちの理解は常に進化していますが、遠くまで行くには速く行かなければならないことはわかっています。それがヴァシマーの目的です」