NASAの月面原子炉の設置場所選びは想像以上に難しい

ショーン・ダフィーNASA長官代行は、米国にとって大胆かつ戦略的な動きとして、2025年8月5日に、2030年に月面に設置する原子核分裂炉を建設する計画を発表した。これが実現すれば、中国が2030年までに初の月着陸船（タイコノート、中国が宇宙飛行士と呼ぶ）を月面に着陸させる計画がある頃には、米国は月面での足場を築くことができるだろう。

地政学的な重要性以外にも、この動きが極めて重要である理由は他にもあります。火星を訪れるには、太陽エネルギーが弱いため、原子力エネルギー源が必要になります。また、月面基地の建設、さらには月面での恒久的な人類居住にも役立つ可能性があります。月面の寒い夜を通して安定した電力を供給できるからです。

人類が太陽系へと旅立つにつれ、地球外生命の維持には、まずは月をはじめとする地球近傍の資源の活用方法を学ぶことが不可欠となる。NASAは、月資源の採掘と精製に必要な電力源として、核分裂炉を優先的に活用する計画だ。

有人宇宙探査を研究する地質学者として、ダフィー氏の発表以来、私は二つの疑問を抱き続けている。一つ目は、将来の月面基地建設のために、月面に最初の原子炉を設置するのに最適な場所はどこなのか？二つ目は、NASAは原子炉付近に着陸する宇宙船から巻き上げられるレゴリス（月の岩石の破片）の煙から、原子炉をどのように守るのか？これらは、NASAがこの技術を開発する上で答えなければならない二つの重要な疑問だ。

月のどこに原子炉を設置するのでしょうか?

この原子炉は、今後ますます長期化する人類の滞在を支える、米国主導の初期月面基地の電力供給源となる可能性が高い。月面における持続可能な有人探査を促進するために、生命維持のための水や酸素、宇宙船の燃料補給のための水素や酸素といった現地資源を活用することで、地球から持ち込む必要のある物資の量を大幅に削減し、コスト削減にもつながる。

1990年代、月を周回する宇宙船が初めて月の北極と南極に永久影領域と呼ばれる暗いクレーターを観測しました。現在、科学者たちはこれらのクレーターに氷の形で水が含まれていると推測しており、これは月面での長期的な人類居住を目指す国々にとって重要な資源です。NASAのアルテミス計画は、人類を再び月に送り込むことを目指しており、月の南極をターゲットに、そこに存在する氷を活用しています。

月面のクローズアップ写真。左半分は影に覆われ、右半分は灰色のクレーターが見える。中央の小さな青い点はPSR（地殻変動帯）を示している。 — 月の暗いクレーター（一部は青で示されています）には太陽光が全く当たりません。科学者たちは、これらの永久影の領域の一部には水氷が含まれている可能性があると考えています。NASA
ゴダード宇宙飛行センター

原子炉が実用化されるためには、アクセス可能で、抽出・精製可能な水氷堆積物の近傍に設置する必要があります。問題は、現在、そのような場所を特定するために必要な詳細な情報が得られていないことです。

幸いなことに、情報は比較的早く入手できます。6回の月周回ミッションで関連データが収集されており、中には今も収集中のものもあり、科学者がどの水氷堆積物を調査する価値があるかを特定するのに役立つ可能性があります。

これらのデータセットは、地表または地下の水氷堆積物がどこに存在するかを示す手がかりとなります。これらのデータセットを連携して分析することで、水氷の「有望な候補地」を特定することができ、ローバーミッションで調査することで、軌道上観測の結果を裏付けるか否定するかを判断することができます。しかし、このステップは容易ではありません。

幸いなことに、NASAはすでに揮発性物質調査極地探査ローバーミッションを完成させ、すべての環境試験に合格しています。現在は保管中で、月への打ち上げを待っています。VIPERミッションは、軌道データから特定された最も高温の水氷候補地を地上で調査するために使用できます。十分な資金があれば、NASAはおそらく1～2年で月の北極と南極の両方でこのデータを取得できるでしょう。

VIPER探査車は月の南極の水の調査を行う予定だ。

原子炉をどうやって守るんですか？

NASAが原子炉設置に最適な場所を特定したら、次に宇宙船が着陸する際に原子炉をどのようにして遮蔽するかを検討する必要がある。宇宙船が月面に近づくと、レゴリスと呼ばれる塵や岩石が舞い上がる。着陸地点に近いものはすべてサンドブラストされる。ただし、大きな岩の陰や地平線（月面では2.4キロメートル以上）の向こう側に置かれている場合は除く。

科学者たちは、事前に配置された資産の隣への着陸の影響について既に知っています。1969年、アポロ12号はロボット宇宙船サーベイヤー3号から535フィート（163メートル）離れた場所に着陸し、着陸時の噴煙にさらされた表面に腐食が見られました。アルテミス計画では、アポロよりもはるかに大型の月着陸船が使用されるため、アポロ計画よりも大規模なレゴリス噴煙が発生します。そのため、事前に配置された資産は、近くに着陸するものから保護される必要があり、そうでなければ地平線の向こう側で着陸する必要があります。

NASAが専用の発射着陸台を開発するまでは、月面の自然地形を利用したり、重要な設備を大きな岩の裏に配置したりすることが一時的な解決策となる可能性があります。しかし、この原子炉の建設地が選ばれる場合、最終的には宇宙船の発射着陸専用の発射着陸台が必要になります。月面基地の建設には複数回の訪問が必要になるからです。原子炉は発射着陸台建設に必要な電力を供給できますが、このプロセスには計画と投資が必要です。

有人宇宙探査は複雑です。しかし、月面に慎重に資産を構築することで、科学者たちは最終的には、はるか遠く離れた火星でも同じことをできるようになるでしょう。詳細は不明ですが、月はNASAが現地の資源を活用し、人類が地球外で長期的に生存し、繁栄するためのインフラを構築する能力を高める上で役立つでしょう。