月の南極で水を探せ! - NASAが2022年に無人探査車を打ち上げへ

●ドリルで掘って水を探す、ゴルフカート大の探査車「ヴァイパー」

米国航空宇宙局(NASA)は2019年10月25日、月の南極で水を探す探査車「ヴァイパー(VIPER)」を開発すると明らかにした。民間のロケットと着陸機を活用し、2022年12月の打ち上げを目指す。

月の水をめぐっては、かねてより研究や探査が続いているが、まだはっきりとした答えは出ていない。

ヴァイパーはこの謎に終止符を打つとともに、人類が月で活動したり、住んだりできるかどうかを占う、重要な役割を果たす。

○月の南極を探る「ヴァイパー」のミッションとは

ヴァイパーはNASAが開発する月探査車で、月の南極へ送り込み、氷の状態で眠っていると考えられている水について、その場所や埋蔵量を調べ、そして実際に取り出すことを目指したミッションである。

開発はNASAジョンソン宇宙センターが主導し、観測機器はNASAエイムズ研究センター、ケネディ宇宙センター、そして民間企業のハニービー・ロボティクス(Honeybee Robotics)が開発、提供する。

ヴァイパーとは、「Volatiles Investigating Polar Exploration Rover(極域で揮発性物質を調べる探査車)」の頭文字を取ったもので、またマムシやハブなどのクサリヘビ科の総称にもかかっており、月の水を獰猛に探すというような意味合いも込められている。

探査車の寸法は1.4m×1.4m×2.0mで、ゴルフカートくらいの大きさをもつ。質量は約350kgになるという。

車体には、大きく4つの観測機器を装備する。まず「NSS」と呼ばれる中性子分光計で、月の地下にある水素を検出し、水の在り処にあたりをつけ、採掘できそうな場所を探す。続いて出番となるのが、全長約1mのドリル「TRIDENT」で、NSSであたりをつけた場所を掘り、土壌のサンプルを採取する。

そして、そのサンプルを、近赤外線揮発性成分分光計「NIRVSS」と、質量分析計「MSolo」という2つの機器で分析。前者は、たとえば検出した水素が、いわゆる水(水分子)なのか、それともヒドロキシ基(1つの酸素原子と1つの水素原子から成り立っているもので、鉱物などにくっついた状態で存在)なのかといったことを調べる。後者はミネラルと揮発性成分を分析し、サンプルに含まれる元素を調べることを目的としている。

ヴァイパーはあらかじめ充電したバッテリーのみで動く。月の南極、とくに永久影の中は太陽光が当たらないことから、太陽電池が使えないためである。運用期間は約100日間が予定されている。

ちなみに、こうした事情から、技術的なハードルが高かったり、探査機の活動が大きく制限されたりするため、これまで月の南極に着陸した探査機はなく、成功すればヴァイパーが世界初となる。たとえば今年9月には、インドの月探査機「チャンドラヤーン2」の着陸機「ヴィクラム」が月の南極付近に着陸しようとして失敗に終わったが、あくまで南極付近(南緯70.9度)であり、南極点そのものではなかった。

ヴァイパーのプロジェクト・サイエンティストを務めるAnthony Colaprete氏は「ヴァイパーは、月で水にアクセスするため、どの場所が最も水の濃度が高く、どれくらい掘ればいいかを教えてくれます」と語っている。

打ち上げは2022年12月の予定で、打ち上げに使うロケットや、ヴァイパーを月面に降ろす着陸機は、民間企業が開発するものを使う。NASAはかねてより、月への物資や観測機器などを輸送を民間に委託する、「商業月ペイロード輸送サービス(Commercial Lunar Payload Services)」、略して「CLPS」という計画を進めており、官民で役割分担をして月探査を行うことで、低コスト化や効率化を進めるとともに、民間による月のビジネス化を促進する狙いもある。NASAの月探査車の打ち上げに民間企業を使うというのは、まさにこのCLPSの意義や成果を発揮する機会となる。

なお、いまから3年後の2022年に打ち上げというのはかなり攻めたスケジュールだが、じつはもともとNASAでは、同じようなミッションを目指した「リソース・プロスペクター(Resource Prospector)」という探査車を開発していた。2018年に開発は中止されたものの、そのときの設計や、すでに開発が進んでいた機体や観測機器などを流用して組み立てることで、比較的短期間で開発が可能になったという。

ではなぜ、ヴァイパーはわずか3年という短期間で探査車を製造し、そして技術的ハードルの高い月の南極へ、水を探しに行こうとしているのだろうか。その背景には、月の水がまさに金や石油のような存在であり、そしてその水がなければ、これからの月探査計画が進められない事情がある。

●人類の月面探査の未来を左右する「月の水」、その探査の歴史と現状

○月の水をめぐる謎

月に水があるかどうかという問題は、かねてより世界各国で研究や探査が行われてきた。

通常、月面の水は、真空のため蒸発し、さらに太陽光によって分解され、宇宙空間に逃げていく。しかし、その過酷な環境のなかでも、水が眠っていると考えられているのが、月の極域である。

月の自転軸は、太陽に対してほぼ垂直に立っているため、極域のクレーターの内部に、太陽の光が届かない「永久影」と呼ばれる領域が生まれる。この部分は常に-170℃という低温で保たれており、「コールド・トラップ」と呼ばれる、真空でも水が蒸発しない環境になっている。そこへ、水を含んだ彗星などの天体が衝突したり、太陽風が水素イオンを運んできた結果、地上で生成されたりして水がもたらされると、氷の状態で保存され続けている可能性がある。

こうした可能性は以前から注目されており、同じようなコールド・トラップをもつ水星や小惑星では、実際に水の存在が確認されている。

月をめぐっては、たとえば2008年に打ち上げられたインドの月探査機「チャンドラヤーン1」は、NASAから提供を受けた「月鉱物マッピング装置(M3)」と呼ばれる機器を使い、月の広範囲に水を含んだ分子(水酸基、ヒドロキシ基)を検出。そして、同じくNASAが提供した「小型合成開口レーダー(MiniSAR)」が、月の極域に水分子が存在することを示す成果を残した。

また、2009年に行われた、NASAの「エルクロス」というミッションでは、打ち上げに使ったロケットの機体を月の南極にあるクレーターに衝突させ、それによって舞い上がった塵の中を探査機が飛んで観測するというダイナミックな探査を行い、水に由来すると考えられるヒドロキシ基を大量に確認している。

その後、2018年8月には、米ハワイ大学やブラウン大学などの研究チームが、前述のチャンドラヤーン1に搭載されていたM3のデータを詳しく分析したところ、月の極域に水が氷の状態で存在することを示す証拠を発見したと発表。月に水があることはほぼ決定的となった。

一方で、月の極域のどこにどれくらいの量の水があり、そして資源として利用できるかどうかといったことについては、いまなお研究や議論が続いている。

○月の水はアルテミス計画の実現の鍵

月の水をめぐる問題は、科学的にも魅力ではあるが、なによりも資源として利用できるかどうかに注目が集まっている。

水は人間をはじめ、多くの生物が生きていくうえで必要不可欠なものであり、さらに電気分解して水素と酸素にすることで、酸素を生命維持に使ったり、水素と酸素をロケットの推進剤にしたりもできる。

現在の国際宇宙ステーション(ISS)では、定期的に地球から水を持ち込んでいる。尿や除湿で回収した水を再利用し、飲料水などにもしているが、完全にリサイクルできているわけではない。

しかし、もし月へも同じように水を輸送しようとすると、より多くのエネルギーが必要であり、巨大なロケットを使わないと打ち上げられないなど、莫大なコストがかかる。月で水が現地調達できるかどうかは、これからの有人月探査や、月面都市などが実現するかどうかの鍵を握っている。

ヴァイパーのプロジェクト・マネージャーを務めるDaniel Andrews氏は「地球上と同じく、月に住むための鍵は水です。月に水の氷があることが確認されて以来、現時点での問題は、私たちが月で生活するために必要な量の水を確保できるかどうかです。ヴァイパーは、水が月のどこにあるのか、どのくらい使用できるのかといった疑問を解決するのに役立ちます」と語る。

とくに現在、NASAをはじめ世界各国は、月の南極に宇宙飛行士を送り込んで探査する「アルテミス(Artemis)」計画を進めている。現時点では、2020年7月に月の無人周回飛行を行う「アルテミス1」を行い、2022年前後に有人で周回飛行を行う「アルテミス2」を実施。そして2024年の「アルテミス3」で、アポロ以来約半世紀ぶり、そして史上初となる女性宇宙飛行士の月面着陸を目指す。

さらに、アルテミスはかつてのアポロ計画とは違い、ただ月へ行って帰ってくるのではなく、月面にとどまって、継続的、持続的に探査し、そしてそれを足がかりに、有人火星探査を目指そうとしている。

もし、月の南極に水が利用可能な形で存在すれば、宇宙飛行士が活動しやすくなり、さらに月面都市の建設などの将来像も視野に入ってくる。しかし、逆に存在しなければ、水を地球から月へ継続的に輸送するコストを捻出しなければならないうえに、完全な水のリサイクルを実現するなど、計画の大きな見直しが必要になるなど、月面にとどまって、継続的、持続的に探査することのハードルは大きく跳ね上がる。

このことは日本も他人事ではない。今年10月18日、宇宙開発戦略本部はアルテミス計画に参画することを決定。月での活動の拠点となる、月を周回する有人宇宙ステーション「ゲートウェイ」の建設や運用、補給などへの貢献のほか、日本人宇宙飛行士が月に降り立つ可能性も取り沙汰されている。

しかし、それもこれも月に水があるかどうかで、話は大きく変わってくるということを認識しておかなければならない。場合によっては、アルテミス計画そのもののあり方や実現可能性が根底から崩れるかもしれない。

ヴァイパーの探査の行方をはじめ、月の水をめぐる問題は、これからも注意深く見守る必要があろう。

○出典

・New VIPER Lunar Rover to Map Water Ice on the Moon | NASA

・News | Ice Confirmed at the Moon's Poles

・Commercial Lunar Payload Services | NASA

・NASA Artemis

・宇宙開発戦略本部 第２０回会合 議事次第 : 宇宙政策 - 内閣府

著者プロフィール

鳥嶋真也(とりしま・しんや)

宇宙開発評論家。宇宙作家クラブ会員。国内外の宇宙開発に関する取材、ニュース記事や論考の執筆などを行っている。新聞やテレビ、ラジオでの解説も多数。

著書に『イーロン・マスク』(共著、洋泉社)があるほか、月刊『軍事研究』誌などでも記事を執筆。