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衝撃波に乗って飛翔する技術を、アメリカ、ロシアなどで研究していることが判明した。

マイクロ波の力で超音速飛行する円盤は、SFではない。
それは、今や米国の研究者達が真剣にとりくむ目標となっている。

ニューヨーク州トロイの小さな町を見下ろす丘の上の、つたに覆われた建物。
ここがそんな未来技術の実験の場所とは、ちょっと思えないが、外見はあてにならない。
　この建物に、科学技術研究所に所属するいくつもの工学研究所が居を構えているのだ。
　その地階には、世界でもいくつかしかない、音速の25倍以上の衝撃波を作ることのできる風洞がある。
　数週間以内に開始が予定されている実験では、音速の何倍もの速度で飛ぶ航空機や打ち上げロケットの周囲に生じる気流を制御する装置が試される。

　エア・スパイクとして知られ、純粋なエネルギーで空中に道を切り開くことによって機能するものだ。
　エア・スパイクを装備したロケットは、空気抵抗がほとんどないので、性能が著しく向上する。
　摩擦が低ければ、機体表面の温度はあまり高くならないので、スペースシャトルなどほどの耐熱性を必要としない。
　ロケットを直接取り巻く気流の態様はエア・スパイクによって作られるので、機体は流線型である必要もなくなる。
　将来は、ほぼどんな形のロケットでもエア・スパイクによってマッハ５ないしそれ以上の速度で飛べるようになるだろう。

　このアイデアの生みの親は、 R研究所の航空宇宙技術者L・ミラボとモスクワにある機械工学問題研究所のプラズマ物理学者Y・ライザーだ。
　二人は、1993年、ニュージャージー州の宇宙研究所から資金を得て、エア・スパイクを実用化する方法を考案。
　昨年春にはミラボが 、Rの風洞を使って、最初の実験を行なった。
　「実験は大成功だった」とミラボは語る。

　それに次ぐ一連の実験でミラボは、音速の25倍で流れる気流の中にエア・スパイクで保護した円盤を置いた場合の、周囲の気圧と気温の転移を詳細に測定することになっている。
マッハ25は魔法の数字である。ロケットが地球の大気圏から軌道に脱出するのに必要な速度も、また、宇宙船が大気圏内に戻ってくるときの速度も、これである。

　エア・スパイクがこの速度で機能するようになれば、革命的な新世代の打ち上げロケットが生まれるとミラボは考えている。
　それは、マイクロ波やレーザーのビームからエネルギーを取り出すことができ、再利用可能で軽量な、空飛ぶ円盤に似たロケットである。
　「今ではそれを行なう設備が利用可能になっている」と彼は言う。
　以前には彼は、今では廃止された空軍のスターウォーズ計画とNASAから資金を得て、このアイデアを追求し続けた。
　今やNASAはこのアイデアを、21世紀に次世代の再利用可能機が時代遅れになったとき利用できる衛星打ち上げの手段として見ている。

　しかし、まずミラボが完成させなければならないのはエア・スパイクである。 この装置は、超音速機の尖った先端と似た仕方で機能する。
航空機が高速で空気中を通っていくとき、先端部は円錐形の衝撃波を生み出す。
航空機がこの円錐の内側に入るなら、空気抵抗は減る。
しかし、空気の速度が増すほど円錐は狭くなるので、その円錐の内側にはまるような機体を作るのは難しくなる。
　ひとつの解決法は、機体先端部を長くすることだが、それはまた別の問題を生み出す。
まず、長い先端部は重い。
そして、コンコルドの例に見るように、鼻が長すぎると操縦士は地上を見ることができない。
「着陸時に鼻が低く下がるようにしてもいいが、そうすると設計がひどく複雑になる」とミラボは言う。
それに、機体を長くすると世界のたいていの飛行場が利用不可能になってしまうだろう。

突風波

エア・スパイクは、これら全ての問題を解決する可能性を秘めている。
それは、機体正面にマイクロ波かレーザーの焦点を設けることによって機体が空気を通り抜けるための道をあけることだ。
　この焦点の部分では、エネルギーの密度が十分に高いので、空中の分子から電子を分離させて空気をプラズマ状態にすることができる。
　この電子群が他の分子群にぶつかると、さらに別の電子を分離させることができる。
その結果、逆制動放射と呼ばれる連鎖反応が生じ、それが起爆力を発揮する。
　「レーザー誘導による爆轟(detonation) が作り出す圧力波は、何千気圧にも達するが、マイクロ波で誘導すれば数十気圧で済むし、我々の目的にはそれで十分だろう」とミラボは言う。
　実際には、これらの爆轟波はビームをさかのぼってマイクロ波やレーザーの発生装置まで到達することが多い。
　「注意していないと、装置が破壊されてしまう」とミラボは言う。
　それを防ぐには、エネルギーの迅速なパルスを利用して、一連の突風波を起こすことだ。
　静止した空気の中では、各々の突風波は焦点から全方向に拡散していくが、ミラボとライザーは、迅速な気流の中では、連続する突風が放物面状の衝撃波を形成して焦点から戻ってきて、エア・スパイクと飛行速度に応じたサイズの放物面を作り出すと考えている。
　放物面状の衝撃波は、長い尖った機体先端部が作り出す円錐状の衝撃波によるものより、気流に対する抵抗が少ない。
　しかも、速度が増したときも、力を強化しさえすれば、それだけで衝撃波の大きさと位置を一定に保つことが可能になるはずだ。
　「これは大きな利点だ」ミラボは言う。

　もうひとつの利点は、大気との摩擦が減ることだ。
　摩擦は、熱を生じるので、超音速飛行機の大きな問題となっている。
　通常の航空機は、速度がマッハ25になると、衝撃波の後方に生じる圧縮された空気の温度が約8000K(摂氏7700度強)にも達する。
　これに対し、エアスパイクの場合には、衝撃波は機体に接触するとは限らないので、空気力学的に生じる熱は著しく低い。
　昨年春までは、こうした考えは単なる理論にすぎなかった。
　ところが、ミラボは、この着想をテストにかけることにしたのである。
　溶接工のプラズマトーチは、20000Kにも達するが、それは焦点を絞ったレーザーやマイクロ波が作るのと同じプラズマを作り出す、と彼は考えた。
　また、プラズトーチは風洞の中に設置するのが比較的容易である。

過酷な環境

　この風洞は、1950年代末に米国の航空宇宙企業GEが、弾道ミサイルの先端の円錐形部分に使う素材をテストするために建設したもので、なみはずれた性能をもつ装置である。
　直径10センチ、長さ16メートルの管の中に、圧力を加えた「駆動」気体を急激に吹き込むことで急速に動く衝撃波を発生させる。
　管の内部には実験用の気体が入り、管の末端には、先細りで円錐形をしたノズルの先端がつながっている。
　一方に向かって広がっていく形のこの管の中に気体が吹き込まれて動いていくうちに加速されて、1秒の何分の1という短い瞬間であるが、速度が音速の何倍にも達する。
　マッハ10は、プラズマトーチのテストには十分な速さである。
　この過酷な環境において、トーチの末端のプラズマが生じるあたりに放物面状の衝撃波が生まれることを、ミラボは示した。
　彼はまた、円盤型の鈍角的な形の物体の回りの気流がスパイクによって方向を変えられており、そうでなければ生じたはずのたいへんな空気抵抗が生じていないことを証明した。

　同じ頃、シベリアにある理論・応用機械工学研究所の技術者であるV・トレチャコフが、鈍角の円錐のモデルとレーザー誘導エア・スパイクを使って同様の実験を行なっていた。
　彼は、マッハ2になるとエア・スパイクが円錐の空気抵抗を半分に減らすことを発見した。
　摩擦係数を1％の何分の１かでも削ろうと必至になっている航空宇宙技術者にとって、これは大変な数字である。
　「私はロシア人が最初にレーザーを使ったことに驚いたが」とミラボ、「しかし少なくとも彼等はそれがうまくいくことを証明したのだ」

　今、ミラボとライザーは、エア・スパイクによって生じる気流をさらに究明しようと考えている。
　ライザーは機械工学問題研究所で、ミラボの次回のテスト運転の結果を利用してスパイクを測定するためにコンピューター・モデルを開発している。
　正確なコンピューター・モデルを利用すれば、超音速機が大気に再進入し、通過するときの状況を、風洞実験にあまり頼らずにシミュレートすることができるのである。

効率的な宇宙飛行機

　しかし、航空機メーカーは、この着想によってエア・スパイク開発が進むのを待っている必要はない。
　航空機のまわりの気流を変えるのに十分な強さをもつ、電気的に熱せられた軽量のプラズマトーチが、すでに利用可能になっている、とミラボは語る。
　そして、それらは数年以内に実際の航空機にとりつけて実験することができるようになるだろうと言う。
　結局ミラボは、エア・スパイク用に特に設計されたロケットが最大の利益をもたらすと考えている。
　彼によれば、エア・スパイクによって、打ち上げロケットは今の世代のものよりずっと軽くなる。
　今日のロケット、そして、来世紀初めにそれらにとって代わるはずのロケットは、大量の化学燃料を積まなければならないので、図体が大きい。
　ミラボは、マイクロ波かレーザーのビームのほうが、ロケットを打ち上げるには、はるかに効率的なやり方だろうと言う。

　そのエネルギーの一部はエア・スパイクを維持するためにあてられ、残りは機体を軌道に乗せるための推進力となる電気に転換されるだろう。
　「我々は、電力源よりはるかに軽量な電力のコンバータを設計することができる」と彼は言う。
　エア・スパイクの開発と平行して、ミラボは、この着想を応用して、軽量機(lightcraft)と呼ばれる新しいタイプの航空機を設計した。
　これは直径約10メートルの空飛ぶ円盤のような形をしており、シリコンの炭化物の薄膜で作られるが、この膜は2000Kの表面温度に耐えられ、低空でも浮かぶことができるようヘリウムを充填して膨らませてあり、ヘリウムが冷却剤ともなっている。総重量は630キロである。
　飛行中はエア・スパイクが衝撃波を制御するので衝撃波は機体の縁をかするだけである。
　ミラボが使おうとしているタイプの推進方式では、衝撃波の位置が決定的に重要である。
　縁は電流の通った電極と超伝導マグネットがついており、それが、衝撃波の中のイオン化した空気を後方に加速し、機を前方に推進する。
　「つまり、機全体が推進機になるのだ」とミラボは言う。
　このタイプの推進法は、磁気流体力学(MHD)加速方式として知られ、米国、ロシア、英国をはじめ多くの国で真剣に研究されている。
　超音速機が軍事的にたいへんな重要性をもっているため、MHD計画はたいてい秘密裡に進められている。

　英国と米国の研究者は自分達の仕事について公然と語ることを拒否しているが、ロシアでは、“エイジャックス”と名づけて進められている。
　MHD加速装置によって推進力を得る再利用可能なスペースプレーンについては、ある程度詳細な情報が知られるようになってきている。
　この計画の中心にいるのが、ザンクト・ペテルスブルクの超音速システム国家研究企業体にいる航空宇宙工学の専門家、V・フライシュタットである。
　彼によれば、この機は液化メタン燃料で動き、超音速飛行時に生まれる高温を利用してメタンを炭素と水素のイオンに分離し、それをMHDエンジンに通す。
　“エイジャックス”は再利用可能なので、今日の、1キロあたり6000ドルもする貨物を運ばなければならない打ち上げロケットより安上がりになるはずである。
　フライシュタットによればエイジャックスのそれは1キロ1000ドルであり、ロシアの次世代の再利用可能打ち上げロケットになる可能性があるという。

　NASAは、次世代の再利用可能な宇宙飛行機として、デルタ・クリッパーを持っている 。すでにさらにその次の世代の研究を開始している。
　昨年は、未来の一番重要な航空宇宙技術を確定し、それらをどのように開発するかを考えるため、高再利用度宇宙輸送(Highly Reusable Space Transportation)計画に着手した。
　そのリストの中で、ミラボの研究はきわめて高いランクを与えられている。
　「宇宙飛行機の推進に電磁効果を使うという着想は素晴らしい」とワシントンのNASA本部で、この100万ドル・プロジェクトを推進しているJ・マンキンズは言っている。
　ミラボはすでに、この次世代の打ち上げ機のメカニズムの腹案をもっている。
　彼が考えているのは、軌道を回る一群の衛星が太陽エネルギーをマイクロ波に変換し、それを下方の軽量機に向けるというシステムである。
　軽量機は、できるかぎり多くのマイクロ波のエネルギーを集めることができるよう、表面積を大きくしなければならない。
　そこで、空飛ぶ円盤型が理想的な形になるのである。
　ミラボの軽量機はこれらの「エネルギーの制限通路」を利用して、大気圏をマッハ25の速度で出入りできるのである。
　いったんマイクロ波の送信機が作られれば、軽量機の打ち上げコストは今日の何分の1かで済むだろう。
　「たぶん何千倍分も安いだろう」と彼は言う。

　マンキンズもこれに賛成して「この世代の打ち上げ機では、打ち上げコストはキロあたり100ドル位に安くなっているだろう」と言う。

　その時が来るまでは、重量数キロの衛星を打ち上げるのに、何メガワットものマイクロ波のビームが必要だろう。
　「これなら今日すでに利用可能だ」とミラボは言う。
　「そんなに強力なビームを大気中で使うことの危険性はどうなのだろう?　もちろんマイクロ波の出力を上げるためのステーションは、制限された地域に建てられることになる」とミラボは言う。
　同様の規制はすでに多くの空港で行なわれている。
　「ボーイング747のジャンボ機は各々が100メガワット(0.1ギガワット)のマイクロ波を発している」と、ミラボは指摘する。
　「誰がそんな飛行機の排気口のところに立つだろうか」
　マンキンズは、ミラボの構想は数十年先に実現するものだと見ているが、その一部はもっと近いうちに実用化されるということは認めている。
　この見解は、ミラボの仕事に多大の関心が寄せられている事実に裏づけられている。
　最初の一連の実験のあと、ミラボは、世界中の科学者や航空宇宙企業からの問い合せを受けた。
　彼等は、もっと詳しいことを知りたがった。
　彼が今後さらにどれだけの問い合せを受けるか、そして、そんな未来の飛行機が空に飛び立っていくことがあるかどうかは、彼が次に行なう一連の実験の成果にかかっている。