宇宙飛行士は散歩に出かけるとき何をするのでしょうか？

最近の「Feel Good」チーム

散歩に出かける様子がまた画面いっぱいに映し出されます!

これは中国の宇宙ステーションの完全完成後、初の船外活動となる。

しかし、チームの「散歩」はただ散歩に出かけるだけではない

「散歩」をしている間、彼らはこれらのこともしなければなりません...

2月10日、宇宙飛行士の費俊龍と張陸は、船室にいた宇宙飛行士の鄧清明の緊密な協力を得て、7時間に及ぶ船外活動を終え、文天実験モジュールに無事帰還した。

神舟15号の船外活動のスクリーンショット

皆さんの中には、宇宙飛行士が宇宙船を離れるというニュースをメディアでよく目にする、という疑問をお持ちの方もいらっしゃるでしょう。彼らは外出するときに何をするのでしょうか？実際、有人宇宙飛行の分野における中核技術の一つとして、船外活動には多くの種類があり、大まかに以下の3つのカテゴリーに分けることができます。

カテゴリー1: 船外活動技術の検証

船外活動を成功させるには、宇宙船、宇宙飛行士、宇宙服などの宇宙部分から、計測、制御、通信、飛行制御、ミッション管理などの地上部分まで、多くの支援技術が必要であり、それらはすべて不可欠です。さらに、「樽の底理論」は船外活動にも当てはまります。穴がある限り、すべての水が流れ出て、完全な失敗につながります。このため、人類の宇宙時代が始まってからほぼ70年が経過した現在でも、この複雑な技術を独自に習得しているのはソ連/ロシア、米国、中国のみとなっている。

中国宇宙飛行士の水タンク訓練風景（出典：Our Space）

この技術開発プロセスは、「理論実証-シミュレーション実験-技術検証」という継続的な反復の結果でもあります。たとえば、理論やシミュレーションに加えて、世界中の主要な宇宙飛行士センターには、さまざまな宇宙船の模型を収めた巨大な水槽があります。宇宙飛行士は宇宙服を着用した後、浮力と重力のバランスを制御して宇宙での無重力状態をシミュレートし、船外活動の訓練を繰り返して、できるだけ多くの問題点を明らかにします。しかし、水槽を使った訓練にも大きな制限があり、宇宙空間の真空、無重力、強い放射線の状況をシミュレートすることはできません。実際の兵器を使って宇宙で総合的なテストを行う必要がある。提案されるすべての新しいテクノロジーは、このような反復サイクルを経ます。

初期の船外活動では、補給品を得るために「へその緒」を介して宇宙服を有人宇宙船に接続する必要がありました。その後、携帯型宇宙服が広く使われるようになりました。携帯用宇宙服を着用した宇宙飛行士は、船室を離れた後、小型の独立した宇宙船に変身した。有人操縦装置の出現は、「SF」的な意味でさらに目を引くものとなっている。装置内に座った宇宙飛行士は小型エンジンを制御して宇宙船の近くを自由に飛行できる。

有人操縦ユニット（画像提供：NASA）

上記の各技術の反復を検証する必要があります。例えば、2008年にはすでに神舟7号のミッションで、宇宙飛行士の翟志剛氏と劉伯明氏が船外活動の実現可能性を検証しており、これは我が国の有人宇宙計画が船外活動の時代に入ったことを意味し、現在まで継続的に発展し続けています。

全体的な計画を検証するだけでなく、特定の技術をテストする必要もあります。宇宙飛行士が船室から出るときに必須の装備は、そのまま小型宇宙船とみなすことができる船外活動用の宇宙服です。我が国の「飛天」船外宇宙服は長年蓄積されてきましたが、その応用には宇宙でのテストが必要です。客室から出る唯一の方法は、客室の内側と外側（真空）の間の移行を担うエアロックです。すべての有人宇宙船（神舟宇宙船、天宮1/2宇宙船、天河コアモジュール、文天実験モジュール）に搭載（または同時使用）する必要があり、その軌道上でのパフォーマンスはミッション全体の成否に関係しています。船外活動には支援のためにロボットアームを頻繁に使用する必要があり、宇宙でのパフォーマンス能力をテストする必要がある。活動中は、キャビン内外の調整、地上間の通信と制御サポート、地上プロセス制御、緊急避難など、これらのシナリオは地上でシミュレートすることはできず、実際の船外活動を通じてテストする必要があります。

実際の軍事演習で問題が明らかになり、経験をまとめることができるのと同様に、かなりの数の船外活動は関連する技術システムを検証することを目的としています。

翟志剛の有名なセリフ「船室を出て気分がいい」は、まさにこの種の船外活動の望ましい効果だ。

カテゴリー2: 有人宇宙船の設置と保守

有人宇宙船の設計と製造は、無人宇宙船よりもはるかに困難であり、これは特に大型の宇宙ステーションモジュールレベルの宇宙船に当てはまります。例えば、天宮宇宙ステーションのコアモジュール「天河」と2つの実験モジュール「文天」と「夢天」は、実に大きすぎます。長さは約18メートル、直径は4.2メートルで、有人宇宙飛行における単一モジュールの大きさとしては記録的な大きさだ。しかし、これは全体像ではありません。このサイズは、「短くて太いやつ」長征5号Bのフェアリングによって許容される限界に近いものです。その他のパノラマカメラ、船外膨張ポンプセット、外部機器は、打ち上げ前に完全に設置および展開することはできず、宇宙に入った後に組み立てる必要があります。

これまでのニュースで繰り返し言及されてきた船外活動には、主に「パノラマカメラの引き上げ」や「船外膨張ポンプセットの設置」といったキーワードが含まれており、重要な客室セクションの打ち上げと組み立ての後に行われるのが一般的であることを、皆さんは思い出していただきたいと思います。中国が宇宙ステーションの完成後初めて外に出たことになるが、船外膨張ポンプ群の設置が重要な任務となっている。宇宙船内外の熱制御循環システムの動力源です。キャビン内の心臓部と連携して、キャビン全体の正常な動作を確保します。パノラマカメラは宇宙船の全体的な外部状況を監視するために使用されます。外部の機器や設備もいくつかあります。すべての外部部品が完成した場合にのみ、宇宙船は設計要件を満たしているとみなされます。

中国の宇宙ステーションの全体像を描いた芸術的なレンダリング

さらに、いかなる宇宙船も完全に問題がないということは不可能であり、特に長期間安定して飛行する必要がある宇宙ステーションレベルの大規模なモジュール式マルチモジュール有人宇宙船の場合はさらに困難です。例えば、国際宇宙ステーションの積載量は既に約500トンに達しており、飛行期間は25年だが、中国の宇宙ステーションの積載量は約100トンで、飛行時間は少なくとも10年である。この期間中に宇宙ステーションにさまざまな問題が発生した場合には、適時に修復する必要があります。特に外部で問題が発生した場合、修理は宇宙飛行士の船外活動によってのみほぼ可能となります。

この船外活動を分かりやすく説明すると、大まかな家（キャビン部分）が建てられ、装飾家（宇宙飛行士）が家（宇宙ステーション）をより住みやすいものにするために装飾を始めました。問題があれば、その家で快適に暮らせるように修理する作業員を雇わなければなりません。

カテゴリー3: 科学研究と応用

有人宇宙飛行開発の根本的な目標は、宇宙という特別な空間を活用して人類の科学的限界を拡大することです。宇宙ステーションが完成すると、長期の有人宇宙実験室となり、宇宙飛行士がさまざまな科学研究を行うことができるようになります。これが、宇宙大国が有人宇宙飛行に多額の投資をする主な原動力です。

国際宇宙ステーションと中国の宇宙ステーションには、さまざまな「ネットユーザーが理解できない用語」を含む実験を実行するためのさまざまな実験キャビネットが装備されています。しかし、天文観測、真空暴露、船外放射線に関する科学研究など、一部の研究は船室外で実施する必要があります。一部の科学機器や装置はロボットアームシステムでは完全に操作できず、設置、回収、交換には宇宙飛行士の船外活動に頼らざるを得ず、それが科学研究の成否の鍵となる。我が国は、第3期宇宙飛行士を採用して以来、主な任務が科学研究に集中する「ペイロード専門家」の役割を担う人材の養成を開始した。

天河コアモジュールと天舟2号貨物宇宙船

さまざまな種類の有人宇宙船は、それ自体が「航空宇宙母船」です。ここから小型宇宙船（宇宙飛行士）が離陸し、有人宇宙船以外の目的を果たすことができます。例えば、スペースシャトルの時代には、故障した衛星を回収して地球に帰還させるシーンが多くありました。有名なハッブル宇宙望遠鏡は、打ち上げ後に一連の技術的問題に遭遇し、正常に機能できなくなりました。その後、5回にわたる船外活動を経て完全に修復され、ほぼすべての主要な科学機器が交換され、この伝説的な望遠鏡は復活し、今日まで稼働し続け、人類の天文学に新たな形を与えています。我が国が打ち上げようとしている大型調査望遠鏡は、将来的には宇宙ステーションとの共軌道飛行状態に入る予定です。主な理由の 1 つは、将来、宇宙飛行士が船外活動を通じて修理や更新を行い、長期的な動作状態を確保できるようになることです。

さらに、将来的に予想される火星への有人着陸を含む月への有人着陸も、非常に複雑な船外活動と見ることができます。わが国の白書「2021年の中国の宇宙計画」では、中国の宇宙ステーションの完全な建設と運用、月探査プロジェクトの第4期の実施、有人月面着陸計画の実証の深化などの重要な目標が明確に定められています。近い将来、中国の宇宙飛行士が月面に降り立ち、神話（嫦娥が月へ飛んだ）から現実へと船外活動を完了するだろう。