将来の宇宙飛行士や宇宙旅行者は3Dプリントされた「第二の皮膚」を身につけるかもしれない

優れた宇宙服を設計するには大変な努力が必要です。宇宙服はミッション成功の要となることが多く、良い宇宙服は地球を離れた生活を容易にしますが、悪い宇宙服は宇宙飛行士の人生をひっくり返してしまいます。

宇宙からあざや肩の怪我を負って帰ってきたいと思う人は誰もいないだろうが、実際にそうした経験をした宇宙飛行士もいる。しかし、こうした傷は衛星の衝突や深宇宙の異常現象のような衝撃的な出来事によって引き起こされるものではなく、宇宙飛行士自身の制服が原因となることが多い。

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NASA は長年にわたり、次世代の宇宙服を完成させるためにさまざまな戦略を試してきました。マーキュリー宇宙服から現在の探査船外活動ユニット (xEMU) まで、宇宙飛行士の衣服の歴史は物語に満ちており、時には事故も起こりました。

それを踏まえて、NASA先端概念研究所（NIAC）プログラムの一環として、元スペースシャトルミッションの宇宙飛行士の一人は、将来の宇宙服を完全にカスタマイズ可能にしたいと考えている。現在テキサスA&M大学の航空宇宙工学教授であるボニー・ダンバー氏は、宇宙飛行士の衣装をより安全で快適にする方法を20年以上考えてきたという。

「宇宙服は、お店で買うスーツとはまったく違います」とダンバー氏は言う。「これは人間の形をした宇宙船なので、非常に複雑です。」そして、多くの商業宇宙旅行者が自分の装備を着用するので、安価で比較的迅速な宇宙服の生産が増加するだろう。

ダンバー氏の提案は「宇宙服デジタルスレッド」と呼ばれ、NASAが今年17万5000ドルの資金提供を受けるために選んだ12のコンセプトのうちの1つで、今後9か月間、設計の実現可能性を証明するものだ。この提案は、人気のSFの比喩と、生体認証データとデジタルツールを使ったかなり現代的な製造コンセプトを組み合わせることで実現する。

「デジタルで構築し、機械的にどう機能するかを確認してから製造することができます」とダンバー氏は言う。

光と全身モーションスキャナー 2 台を使用して 3D 画像を作成するこのシステムでは、コンピューターが約 20 秒で人間の「デジタルツイン」を作成します。そこから、ダンバーのチームは宇宙服を個人のニーズに合わせて修正および調整できます。地上と宇宙飛行中の設計と製造プロセスの両方を合理化することで、宇宙飛行士だけでなく将来の宇宙旅行者も新しい宇宙服を 3D プリントし、数分から数時間で古い宇宙服を修理できるようになります。

何百人もの宇宙飛行士や将来の宇宙旅行者が最後の未開地を目指す計画を立てている中、体にぴったりフィットする着用可能な宇宙服を記録的な速さで製造するという夢は、過去と比較すると現代の奇跡に近いものとなるだろう。

1961年から1972年まで続いたアポロ計画では、乗組員全員に3着の特注宇宙服が支給された。ベータクロス（ガラスを織り、耐火性テフロンでコーティングした生地）などの特殊な素材と、今では時代遅れの製造技術を使用して作られた宇宙服は、多くの宇宙飛行士に満足のいくものだったという。しかし、1981年にスペースシャトル計画が始まってからは、宇宙飛行士の数が増えたため、大小さまざまなサイズの服が流通するようになった。標準的な人間というものは存在しないため、これほど多くの異なる体型やサイズに対応するのは困難だった。

コスト削減のため、NASA の宇宙飛行士約 200 名を収容できる宇宙服はわずか 18 種類しか製造されなかったが、これが必ずしも最善の結果につながったわけではない。通常の乗組員は平均 7 名程度だが、全員が宇宙服を着用できるわけではなく、機能も果たせなかった。

2011年にプログラムが終了するまで、宇宙飛行士の中には指の爪が抜けたり、宇宙服内の圧力抵抗により筋力が50パーセント近く低下したと報告した人もいた（自分のあらゆる動きに抵抗する巨大な風船の中にいるところを想像してみてほしい）。船外活動やシャトルの外に出られるのは乗組員のうち2人だけだったため、宇宙服についてはほとんど改良が加えられていなかった。2019年、NASAは女性だけの宇宙遊泳を中止した。アン・マクレインとクリスティーナ・コックの2人の宇宙飛行士がともに中型の宇宙服を要求したが、ISSには宇宙の厳しさに耐えられるものは1着しかないと告げられたためである。

現在、ダンバー氏は、カスタマイズ可能な宇宙服という当初のアイデアに戻ることで、惑星外探査の物理的リスクを最小限に抑え、現代のデザインのいくつかの機能を改善できると考えています。

「スーツの歴史全体を通して、予算上の理由でサイズを縮小したとしても、誰にでもぴったりフィットし、いわゆる動きやすさを備えたスーツは存在しないことは私には明らかでした」と彼女は言う。しかし、彼女のチームの目標は、着ていることを忘れるほど動きやすいスーツを作ることだ。

優れた宇宙服には、他に少なくとも 2 つの優先すべき点があります。それは、高い視認性と、極めて過酷な環境から宇宙飛行士を保護する能力です。ほとんどの場合、これは、宇宙服が、あらゆる物質 (酸素を含む) が存在しない完全な真空の宇宙空間に耐えられなければならないことを意味します。

このような防護服があれば宇宙飛行士は月や火星の表面を効果的に探査できるようになるが、ダンバー氏はこのコンセプトが地球上の過酷な環境、特に海中での作業や南極でのトレッキングを行う研究者向けの防護服にも応用されると考えている。

しかし、このような現代の工学の驚異が実現するのは、どれほど先の未来なのでしょうか?

「技術はすでにある」とパデュー大学の産業工学教授、ヴィンセント・ダフィー氏は言う。「次にやることは、概念実証を示すような形でそれを組み立てることだ」

人間のデジタルモデリングの専門家としてダンバーのチームに加わったダフィー氏は、これほどの規模のプロジェクトが機能的で、商品化されても手頃な価格で、実用的であるかどうかを判断するには、ビジョンを持った人が必要だと語る。

「この機能の素晴らしい点の 1 つは、機能するとすぐにアプリケーションが利用できることです」と彼は説明します。

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3D プリントと製造の進歩は、数え切れないほどの技術的な驚異をもたらし、そのまだ発展途上の市場は宇宙産業にも同様に拡大しています。研究者の中には、宇宙での家具の作成に 3D プリントを利用したいと考えている人もいます。

パーソナライズされた宇宙服の大量生産という課題はまだ先のことかもしれないが、ダフィー氏は、最初の 9 か月間の研究が終わる頃には、このプロジェクトが NASA による宇宙旅行に独自の製造技術を適用する数多くのプロジェクトの最初のものになると確信している。将来的には、ボタンを押すだけで新しい宇宙服が手に入るようになるかもしれない。そして、1 月から順番待ちリストに載っているプリウスよりも早く手に入るかもしれない。