宇宙での火災に対処するために、人類はどのように対応するのでしょうか?

火の制御と使用は人類にとって大きな出来事です。人類は火の力を利用して、マッチ、電車、火車、火薬、さらにはロケットや宇宙船を発明し、それらを使って地球を離れて宇宙に進出しました。火は人類の進化、発展、文明の道におけるエンジンであり、ブースターであると言えます。

しかし、火は常に手に負えないものです。それは両刃の剣のようなもので、人類に利益をもたらすこともあれば、害を及ぼすこともあります。それが力を発揮するたびに、人間は状況を利用しようとしなければならず、そうしないとやけどを負うことになります。その結果として生じるものが、人間が「火」と呼ぶものです。国民の火災安全に対する意識を高めるために、我が国では 1992 年以来、毎年 11 月 9 日を「全国消防の日」と定めています。

1＋3＝0

1972年、ソビエト・モスクワ映画スタジオは「Taming Fire」というカラー伝記映画を制作した。主任宇宙設計者コロリョフの伝説的な人生を称えながら、航空宇宙技術の発展は火を制御してきた紆余曲折のある困難な歴史であることを人々に伝えている。

宇宙時代の始まりの頃から、航空宇宙の専門家たちは、これが高リスク産業であることを明確に認識していました。有人宇宙活動が始まってからは、宇宙飛行には未知の領域や技術が多すぎて、細かい点に気づかなかったり、軽視したりすると悲惨な結果になる可能性があるため、リスクに対する意識はさらに強くなりました。

この心配は数年のうちに現実のものとなった。 1961年3月、ソ連空軍の少尉で最初の宇宙飛行士の一人であったボンダレンコは、地上訓練中にアルコール綿球によって高圧純酸素室で火災が発生し、死亡した。 1967年1月、アメリカの発射台で試験中だったアポロ1号有人宇宙船で火災が発生し、3人の宇宙飛行士全員が死亡した。

ソ連の宇宙飛行士ボンダレンコが地上訓練中の火災で死亡

アポロ1号の宇宙船火災で亡くなった3人の宇宙飛行士（左から：ガス・グリソム、エドワード・ホワイト、ロジャー・チャフィー）

火災2件、死亡者4名。これにより、専門家は宇宙軌道上の宇宙船で火災が発生した場合の困難な状況と深刻な結果について考えるようになりました。地球上で火災が発生した場合、私たちはさまざまな効果的な消火手段を講じて火災警報番号 119 に電話すると、消防車が電光石火の速さで駆けつけ、消火にあたります。しかし、宇宙にはそのような素晴らしいショーはありません。そこでは119番に電話することもできず、消防車も手の届かないところにあり、そこへは運転して行くこともできないため、宇宙飛行士たちは完全に孤立し、無力な状態にあります。地球上で火災が発生すると、人々はすぐにその火災から逃げることができます。しかし宇宙ではそうではありません。スペースシャトルや宇宙ステーションなどの大型有人宇宙船が登場する前は、有人宇宙船は小さく、閉鎖された環境であり、宇宙飛行士には文字通り逃げ場がありませんでした。

火災後のアポロ1号宇宙船の内部

宇宙火災は根拠のない懸念ではありません。 1997年、ロシアのミール宇宙ステーションで酸素発生装置の故障により火災が発生し、宇宙ステーションは窒息するような煙で満たされた。幸いにも、火は10分以上後に消し止められ、大きな災害には至りませんでした。米国のスペースシャトルでも火災事故が数回発生している。幸いなことに、これまでの60年間の有人宇宙活動において、宇宙火災、火災の危険、火災警報はほとんど発生しておらず、大きな火災事故の記録もありません。この心強い状況は、長年にわたる堅実かつ効果的な宇宙火災安全対策の成果であると言えます。

ソユーズTMA-4宇宙船の打ち上げ前に、消防車がロケットを護衛した。

問題が起こる前に予防する

「予防を第一に、予防と制御を組み合わせる」というのが中国の消防安全活動の指針です。世界各国の宇宙火災安全に関する考え方や実践は、基本的にこれと一致しています。

有人宇宙船はハイテクの結晶です。内部にはさまざまな回路、ガス回路、液体回路が交差しており、いたるところに可燃性・引火性の物質が存在します。したがって、火災を引き起こす 3 つの条件、つまり可燃物、燃焼を助長する物質、および発火源はすべてどこにでも存在し、入手可能です。このような危険な環境で火災を回避する最善の方法は予防です。具体的には、地面から始めて、火災の危険を発生源から防ぎ、火災の危険を根本的に排除し、その芽を摘み取ることを意味します。

まず、宇宙船の設計中に可燃物、酸化剤、発火源を減らす努力をする必要があります。

可燃性物質を減らすために、断熱材、断熱材、シーリング材、装飾材を選ぶ際には、難燃性または不燃性の物質を厳密に選ぶ必要があります。そうしないと、火災の原因になります。これはアポロ4A宇宙船からの痛ましい教訓です。火災はラッセル素材のメッシュバッグに電気火花が引火して発生した。

火の主な燃料は、宇宙飛行士の生命の源である客室内の酸素であるため、科学的に使用しなければなりません。アポロ有人宇宙船はかつて100％純酸素を使用していたが、それは「アポロ4A」の火災に燃料を加えるだけだった。事故後になって初めて、酸素と窒素の混合ガスに切り替えられました。

火災の主な発生源は、宇宙船に搭載された多数の電気機器です。ショート、過負荷、接触不良による過熱、その他の故障により火災が発生する場合があります。この点では、アポロ4A号の火災も痛い教訓を与えた。宇宙船の環境制御装置区画には金属製の扉があった。宇宙飛行士がドアを開けると、ドアの鋭いエッジが下に敷設されたケーブルの絶縁層を傷つけ、ショートと火花が発生しました。したがって、宇宙船の電気機器は、発火源を形成しないように安全で信頼できるものでなければなりません。

第二に、宇宙船の製造、試験、組み立ての過程では、すべての部品に対して厳格な品質管理が行われ、製品の高品質と信頼性を確保し、さまざまな回路、ガスおよび液体ラインの漏れや推進剤の漏れを防止します。

宇宙船 + 消火器

「予防第一」の原則に沿ってさまざまな予防措置が講じられていますが、それでも火災の可能性は存在するため、「予防と消火の両立」が不可欠です。

長年にわたり、宇宙火災を迅速かつ効率的に消火するために、航空宇宙の専門家と消防の専門家は、有人宇宙船の環境が地球とはまったく異なるという特殊な状況を考慮し、微小重力下での火災の発生と広がりに関する多数の実験、分析、研究を行ってきました。結果は、宇宙での火の燃え方は地球上とは異なることを示しています。地球上では、炎は円錐形として現れます。宇宙では、微小重力の影響によりほぼ球形になります。さらに、くすぶり現象が多くなり、燃焼がより狭い範囲に限定され、拡散および伝播速度が遅くなります。これらの状況は、微小重力環境が火災の発生と拡大に対して一定の抑制効果を持つことを示しており、これは消火活動の実施に役立つと同時に、宇宙火災の予防、検知、消火のための理論的根拠を提供します。

宇宙飛行士はKC-135航空機内で無重力環境で消火器の使用を練習する

人間の病気の早期発見が人命を救うために重要であるのと同様に、火災の早期発見は火災を迅速に消火するために重要です。そのため、ほとんどの有人宇宙船には、さまざまな部品やシステムの安全状態を厳重に監視するために、煙探知器を含む火災警報システムが装備されています。どこかで火災が発生すると、すぐに警報音が鳴り、具体的な場所が表示されます。宇宙飛行士と地上管制センターは警報を受信するとすぐに緊急措置を講じます。

これらの警報器の設置場所は地球上のものと若干異なります。地球上では、火災の煙は上方に広がり、最終的には屋根の下に溜まるため、警報器は主に天井の中央に設置されます。宇宙船内では煙は上方に広がるのではなく、四方八方に広がるため、警報装置は天井だけでなく壁などにも設置する必要があります。

これらの非常に感度の高いアラームは時々故障する可能性があることに注意してください。 1985年9月、サリュート7号宇宙ステーションに入ったばかりのソ連の宇宙飛行士3人が機器の点検とテストに忙しくしていたところ、突然警報が鳴った。 2001 年 3 月、第 2 グループの 3 人の宇宙飛行士が国際宇宙ステーションに入った 2 日後に、デスティニー科学実験モジュールで火災が発生しました。これら2つの火災警報器により宇宙飛行士たちは警戒を強められました。駅内に火災の兆候は全くなかったことが判明した。駅構内のほこりや浮遊粒子が警報を鳴らしたため、警報は誤報だった。

有人宇宙船には、火災警報システムに加えて、防毒マスク、酸素ボンベ、消火器などの消火設備も装備されています。

1981年4月、スペースシャトルコロンビア号の初飛行テストに臨む宇宙飛行士ジョン・ヤング（左）とロバート・クリッペン

消火器は、消防車以外では地球上で最も一般的な消防設備です。これらには、水、泡、乾燥粉末、二酸化炭素、ハロゲン化炭化水素などの消火剤が充填されています。同様に、消火器も宇宙で最も便利で使いやすい消火兵器です。しかし、消火剤に対しては非常に厳しい要件があります。結局のところ、宇宙での消火環境は地球上のそれとは異なります。例えば、地球上で消火活動に最も一般的に使用される水は、微小重力条件下では水を噴射した後、炎に集中することが難しいため、宇宙では通常使用されません。キャビンの周囲に水滴と水ミストが漂うだけになります。機器や装置に浸透すると、ショート故障を引き起こす可能性があります。乾燥粉末消火器は、引き起こす汚染が深刻すぎるため、さらに不適切です。消火に使用しても計器や機器のショートは発生しませんが、コックピットは引き続き使用できますか?泡消火器はかつてアポロ宇宙船の司令船とスカイラブに設置されていたが、火災を消火する機会は一度もなかった。そうでなければ、発生する汚染は少なくなかっただろう。

スペースシャトルSTS-114の宇宙飛行士たちは消火器の使い方を学んでいる

それに比べて、二酸化炭素消火器は精密機器を満載した宇宙船の火災を消火するのに効果的です。消火後も非常にきれいで、汚染の痕跡を残さないのが特徴です。しかし、空気中の濃度が一定レベルに達すると、人命を危険にさらすことになります。おそらく、火が消えたとき、宇宙飛行士も「消された」のでしょう。

ハロンはかつては優れた性能を持つ消火剤の一種でした。米国のスペースシャトルに搭載されているハロン1301消火器はこのタイプに属します。消火効果に優れ、火災後には跡が残りません。世界中で広く利用されています。しかし、人体には無毒で無害であるものの、大気中のオゾン層に破壊的な影響を及ぼすため、長年生産・使用されなくなっています。

現在、科学者たちは、さまざまな火災に適しており、高エネルギーで効率的であり、無毒で汚染のない消火剤の研究とテストを続けています。微細水ミスト消火技術など、大きな成果を上げているものもあります。ポンプの圧力や空気圧を利用して水を噴霧し、霧状の水滴を形成します。この水滴は炎に対して冷却効果と窒息効果があり、宇宙空間におけるさまざまな火災を効果的に消火することができます。消火剤として通常の水が使用されるため、この消火技術は人や設備に危害を与えることはありません。つまり、微細水ミスト技術が成熟し、正式に適用されれば、これまでは不向きだった水も宇宙での消火に利用できるようになる。

携帯用ミスト消火器の試験

どのような種類の消火器や消防設備であっても、良好な状態が保たれ、いつでも利用できることが保証されなければなりません。ミール宇宙ステーションのように、火災が発生するまで待ってから、酸素マスクが壊れていることや消火器が取り外せないことに気づき、火を消す機会を逃すようなことはしてはなりません。

宇宙飛行士 = 消防士

「水と火は容赦ない」ということわざがあります。宇宙で火災が発生すると、有人宇宙船の計器や設備が破壊される可能性があります。大規模な火災は宇宙船の安全だけでなく、宇宙飛行士の健康と生命も危険にさらすことになる。つまり、火災が発生すると、火災警報が命令となり、火災現場は戦場となり、宇宙船は消防車となり、宇宙飛行士は消防士となるのです。

日本人宇宙飛行士星出彰彦氏が国際宇宙ステーションで携帯用消火器を点検

危機的な瞬間には宇宙飛行士は前に進み出るが、冷静さを保ち、パニックに陥らないようにしなければならない。この方法でのみ、火災の状況を正確に判断することができます。実際、心理的資質が良好な宇宙飛行士にとって、これは難しいことではありません。難しいのは、宇宙で火を消すのは地球上よりもはるかに難しいということです。たとえば、地球上で消火器を使うのは非常に簡単です。まず安全ピンを引き抜き、ノズルを炎に向けてハンドルを押します。しかし、宇宙では、噴射された消火剤が反力を生み出すため、ハンドルを押すとすぐに後方に大きく飛ばされてしまう可能性があります。そのため、宇宙飛行士は宇宙飛行前に厳格な消火訓練を含む宇宙消火の必修課程を入念に学ばなければなりません。火を消す前に、宇宙飛行士はまずガスマスクや酸素ボンベの着用など、個人の保護措置を講じなければなりません。炎や煙には、人間の健康や生命を危険にさらすさまざまな有毒ガスが含まれているからです。安全を確保した上で、緊急時対応計画や具体的な状況に応じた消火活動を実施します。

ヨーロッパの宇宙飛行士フランク・ディバインが国際宇宙ステーションで携帯型人工呼吸器の月例点検を実施

消火方法には、地球上の隔離、窒息、冷却、抑制などの方法が含まれます。

隔離法では、可燃性ガスや液体のパイプラインのバルブを閉じ、火源の近くにある可燃物を遠ざける必要があります。窒息法では、空気の対流を防ぎ、燃焼に必要な空気を供給するために、できるだけ早く換気システムを遮断する必要があります。燃焼物体は、燃焼エリアに空気が入らないように、不燃性または難燃性の材料で覆うことができます。最も効果的な窒息方法は、緊急客室減圧であり、これは宇宙船内の空気を放出し、火災の燃料を遮断し、空気不足により火災を自然に消火させ、最終的に客室の圧力を正常に戻すというものである。米国のジェミニ、アポロ宇宙船、スペースシャトル、ロシアのソユーズ有人宇宙船、国際宇宙ステーションには、すべてこの減圧機能が搭載されています。あらゆる手段を尽くしても消火できない場合、特別な宇宙服やその他の防護具を厳重に着用した上で、客室の減圧が宇宙消火の強力な武器となるだろう。他の2つの消火方法である冷却法と抑制法は、燃焼している物質に消火剤を噴霧する方法です。前者は燃焼物の温度を発火点以下に下げることであり、後者は燃焼の化学反応過程を抑制することで燃焼を止めることである。

他のすべての方法が尽きても、依然として火を制御できない場合、宇宙飛行士は座して死を待つことはできません。船（ステーション）を放棄して脱出することも可能です。ミール宇宙ステーションと国際宇宙ステーションには、宇宙飛行士が緊急避難して地球に帰還するために使用できる救助宇宙船が装備されています。もちろん、これは誰も見たくない結果です。

有人宇宙技術の発展には、それに追いつく消防技術が必要です。おそらく将来、宇宙に有人宇宙船が地球上の建物と同じくらい多く存在するようになったとき、宇宙の「消防車」がサイレンを鳴らしながら宇宙船の間を走り、燃えている宇宙船に向かっていくようになるだろう。言うまでもなく、その時にはすでにスペース119の火災警報電話が開設されていたはずだ。