アポロはヴァン・アレン帯を通過した

月へのミッションに臨むアポロ宇宙飛行士たちを待ち受けていた脅威は数知れず、たとえば放射線。具体的には、地球を取り囲むヴァン・アレン帯の高密度放射線環境です。月への経路でヴァン・アレン帯を通過したアポロ・ミッションの打ち上げ時、NASA はただ最善を願っただけではありませんでした。NASA はいわゆる「ヴァン・アレン問題」を研究し、リスクを認識していたにもかかわらず、それでも行くことを決断しました。そして、ヴァン・アレン帯を通過して死亡した宇宙飛行士は一人もいませんでした。

ヴァン・アレン帯の発見

ヴァン アレン ベルトは、その名の由来となった科学者、ジェームズ ヴァン アレンによって発見されました。1950 年代半ば、ヴァン アレンは、探査ロケットとロックーン (高高度の気球から打ち上げられる小型ロケット) を使用して、地球の大気圏外にある複雑な荷電粒子の世界の探査を開始しました。初期の実験は、大気圏内から地球の周囲の放射線を調査することに限られていましたが、地球科学と太陽活動を調査する国々の国際科学協力である国際地球観測年の到来により、ヴァン アレンは研究をさらに進める機会を得ました。

IGY へのアメリカの貢献の中には衛星があり、ヴァン・アレンはこれらの衛星実験の 1 つでスポットを獲得しました。そして、ヴァン・アレンの実験を行った衛星は、地球を周回した最初のアメリカの衛星であることが判明しました。エクスプローラー 1 号は 1958 年 1 月 31 日に打ち上げられました。

エクスプローラー 1 号に搭載された宇宙線装置は、ヴァン アレンが放射線量が高いと予想した領域で、ほとんど放射線を記録しませんでした。データが正確であるとは確信できなかったヴァン アレンは、宇宙線数の低さについて別の説明をしました。低い数値は誤りであり、機器は実際には地球の磁場に閉じ込められた粒子で飽和していたというものです。1958 年 3 月、エクスプローラー 3 号衛星に搭載された機器によって、ヴァン アレンの予感が裏付けられました。ヴァン アレン ベルトの発見は、IGY の傑出した科学的発見の 1 つとなりました。

地球の周囲に高放射線環境が存在するのは、荷電粒子が地球の磁場に閉じ込められるためです。私たちを致死的な放射線から守ってくれる同じ磁場が、放射線が宇宙に拡散するのを防いでいます。粒子には逃げるだけのエネルギーがないのです。そのため、2 つのベルトは地球を周回する 2 つの入れ子になったドーナツのようなものです。高度はわずかに異なりますが、内側のドーナツは地球から 600 マイルから 3,700 マイル上空にあり、主に高エネルギーの陽子で構成されています。一方、外側のドーナツは地球から 9,300 マイルから 12,400 マイル上空にあり、陽子と電子の両方で構成されています。両方の放射線環境はさまざまで、場所によっては放射線がより密集しているところもあれば、ほとんどないところもあります。

ヴァン・アレン・ベルトとアポロ

発見後すぐに、ヴァン・アレン帯が宇宙旅行をする人間にとって問題となることは明らかでした。明らかな解決策は、地球から約 345 マイル上空から始まる内側の帯より安全な高度にミッションを制限することでした。しかし、NASA が設立されて間もなく、NASA は約 25 万マイル離れた月に行くことを考えていました。つまり、ヴァン・アレン帯の両方を通り抜けて人間を送り込むことを意味していました。

月へのミッションの可能性におけるヴァン・アレン帯への対処に関する最初の勧告は、1960 年の夏に出された。NASA の宇宙タスク グループの Robert O. Piland と Stanley C. White は、ワシントンでの会議でこの問題に関する研究を発表した。彼らは、内側のヴァン・アレン帯の高放射線環境から宇宙飛行士を保護するのは現実的ではないが、適度な保護があれば、外側のヴァン・アレン帯から乗組員を保護することは可能だと述べた。

半年後の 1961 年 1 月、NASA はアポロ計画で月に向かう軌道に乗っていたが、目標を公式に発表するのはまだ数か月先だった。そのとき、ヴァン アレン帯の問題が再び持ち上がった。NASA の軌道解析グループは、「アポロ計画に関連するすべての軌道解析に使用できるヴァン アレン放射線帯の標準モデル」の必要性を緊急の要件として挙げた。この危険なほど放射線量の高い環境を乗組員が通過する前に、できる限りのことを知る必要があった。

ヴァン・アレン放射線帯の調査は、NASA がアポロ計画を構想段階から一般の人々の意識にまで引き上げる過程で、舞台裏で進められていた数多くの研究の 1 つでした。この研究の成果の一部は、従来とは異なる解決策をもたらしました。1962 年 7 月、ヴァン・アレン自身がアメリカロケット協会で放射線とアポロについて講演しました。ヴァン・アレン帯内側の陽子は、長期の有人ミッションにとって深刻な危険となる可能性があると彼は述べました。しかし、その付近で核爆弾を爆発させることで放射線を除去できる可能性があるとも述べました。この追加物質によって、粒子が地球の磁場から逃れるために必要な余分なエネルギーを得られる可能性があるのです。

NASA は核爆弾でヴァン・アレン帯を除去しようとはしなかったが、1962 年に原子力委員会が行ったテストにより、放射線の問題は一時的に悪化した。

1960 年代初頭のアメリカの核実験プログラムは、ドミニク作戦と呼ばれていました。このプログラムには、核戦争の際に核兵器の残骸が地球の磁場とどのように相互作用するかを理解する目的で設計された、フィッシュボウル イベントと呼ばれる一連の大気圏実験が含まれていました。フィッシュボウル イベントの最高峰は、スターフィッシュ プライムと呼ばれるものでした (最初の試みであるスターフィッシュは失敗しました)。この実験では、1.4 メガトンの爆弾が高度 250 マイルで爆発しました。スターフィッシュ プライムは、ヴァン アレン帯の内側を一掃する代わりに、地球の周囲に放射線を追加しました。

月か破滅か

しかし、スターフィッシュ プライムの場合でも、ヴァン アレン帯に関する追加調査により、月へのミッションにとって問題にはならないことが判明しました (1969 年までに、スターフィッシュ プライム イベントによって下部ヴァン アレン帯に注入された高エネルギー電子は、テスト後のピーク強度の 12 分の 1 に減衰しました)。1964 年 2 月までに、NASA は、アポロの乗組員が十分な速度でベルトを通過するため、宇宙船の外皮と壁の裏に並ぶすべての機器で十分な保護が得られると確信していました。後から考えると、NASA が宇宙飛行士を特別な保護なしでヴァン アレン帯に送り込むリスクを受け入れたことは無謀に思えるかもしれませんが、ミッションの計画では小さなリスクでした。

飛行中の放射線被曝を監視するため、アポロの乗組員は宇宙船内と身体に線量計を携行した。そして、これらの測定値は NASA が正しい選択をしたことを裏付けた。プログラムの終了時に、NASA は、多くの人が月への飛行を中止させる恐れがあった大量の放射線被曝を宇宙飛行士が回避したと判定した。月面ミッション中、宇宙飛行士が浴びた放射線量は、放射性物質を日常的に扱う原子力委員会の作業員が受ける年間平均 5 レムよりも低かった。また、医学的または生物学的に衰弱させるような影響を受けた宇宙飛行士は一人もいなかった。その上、アポロの宇宙飛行士は元テストパイロットだった。放射線被曝を含めて月への飛行は、エドワーズ空軍基地の上空で実験機の性能を試すよりは、職場での一日としては安全だった。

出典: アポロ体験報告書 - 放射線に対する保護、危険なヴァン・アレン帯?、エクスプローラー 1 号とジュピター C、アポロ宇宙船年表第 1 巻と第 2 巻、核実験に関するケネディ アーカイブのオンライン メモ。