宇宙建設（4）火星とその先——完全自律建設・小惑星・宇宙太陽光

火星——人が着く前に、機械が建て終えていなければならない

火星は、月とは別種の建設問題です。距離は最短でも数千万km、片道の通信遅延は最大20分超、地球との往復には2〜3年を要し、打上げの好機は26か月に一度しか巡ってきません。この四つの数字は、それぞれが別々に効いてくる制約ではなく、掛け合わさって現場の性格を決めます。通信が片道20分ということは、地球の管制官が「異常だ、止めろ」と気づいて指示を送っても、機械がその声を聞くのは20分後で、機械の「止めました」という返事が届くのはさらに20分後——合計40分以上、現場は誰にも操縦されないまま動き続けるということです。月なら1〜2秒の遅延で人が遠隔操作できましたが、火星ではその手が届きません。しかも打上げ好機が26か月に一度というのは、地球と火星が太陽の周りを回る速さが違い、両者が近づく配置になる周期がそれだけ空くからで、一度タイミングを逃せば、次の資材便は2年以上先になります。この条件が意味することは一つ——人間が着く前に、機械が建て終えていなければならない。月では成立した「地球からの遠隔操作」が火星では通用せず、掘削、資材製造、組立、検査までを現地のロボット群が自律的に完遂する、完全自律建設が前提になります。前巻「建設の未来」で描いた地球の自動化施工の到達点が、火星ではスタートラインなのです。地上でいえば、無人ダンプや自律ブルドーザーが「人手不足を補う便利な道具」だったものが、火星では「それ抜きには一歩も進めない大前提」に格上げされる。同じ技術でも、置かれる文脈で意味の重さがまるで変わります。

素材と環境の答えは月と似て非なるものです。火星には、地球のおよそ1%ほどとはいえ二酸化炭素を主成分とする大気があり、重力も地球の約3分の1あります。この薄い大気が、実は建設と滞在の鍵になります。現地の水と大気中の二酸化炭素を反応させれば、メタンと酸素——ロケットの燃料と酸化剤——を合成できるからです。帰りの燃料をあらかじめ地球から積んでいくのは重量的に割に合わないため、帰りの燃料は現地生産が前提になります。人を送り込む前に、まず無人のプラントが火星で燃料を作り、タンクを満たしておく——そこまでできて初めて往復の絵が閉じる。水の氷は極地だけでなく中緯度の地下にも広く存在することが分かってきており、これが飲料・酸素・燃料・そして建材の共通の源になります。居住区のコンセプトとしては、レゴリス（岩石が砕けた砂）の盛土で覆う案、思い切って地下に潜る案、そして水の氷そのものを構造材と放射線遮蔽に使う「氷の家」案までが検討されてきました。氷は水素を多く含むため、宇宙放射線を遮る性能が高く、現地に豊富で、しかも透光性がある——過酷な星の建材としては筋がいいのです。ここで思い出しておきたいのは、この「現地資源利用」という考え方に、宇宙開発の世界ではISRU（In-Situ Resource Utilization）という名前が付いていることです。地球から資材を運ぶのが経済的に割に合わないから、行った先にあるものを材料に変えて建てる——月ではレゴリスがそれであり、火星では土と大気と氷がそれにあたります。裏を返せば、火星建設の要素技術の多くは「運搬」ではなく「現地での製造・変換」の技術であり、掘る・溶かす・固める・分解する・合成するといった、地味で泥くさい工程の集合体です。派手な有人飛行の陰で、こうした地味な化学とロボティクスがどこまで熟すかが、実は勝敗を分けます。スペースXが掲げる火星都市構想は、要するに「100万人都市を異星にゼロから建設する」という、人類史上最大の建設プロジェクト構想であり、その成否はロケットよりも、この自律建設と現地資源利用の成熟にかかっています。派手なのは打上げの炎ですが、勝負を決めるのは地味な「現地で作る力」の側だ、というのが建設史から見た読みです。町場の現場に引きつければ、遠くから資材を運び続ける工事はコストが嵩んでいずれ立ち行かず、その場にある土や既存構造物を生かせる者が生き残る——制約が厳しいほど「現地調達力」が効いてくる、という順序は地上でも変わりません。

もう一つ、火星の環境は月よりも一段厄介です。月には大気がないぶん天候はありませんが、火星には薄いなりに大気があり、季節によっては惑星全体を覆うほどの砂嵐が起きます。細かな砂塵は太陽光パネルを覆い、機械のすき間に入り込み、視界を奪います。現地で発電し、現地で燃料を作り、無人で建て続ける計画にとって、この砂は無視できない外乱です。人がいれば払い落とせるものも、人が着く前の完全無人の現場では、機械が自分で対処し続けねばなりません。冒頭の画像に写っているのは、まさにその火星に降り立った探査機の降下機材が地表に散らばる光景です。人類はすでに、無人の機械を火星に着陸させ、走らせ、サンプルを集めるところまで来ています。建設が始まる前の、いわば地質調査と測量の段階を、私たちは今まさに歩いているわけです。どんな大工事も、いきなり基礎を打つのではなく、まず土地を調べ、水を探し、材料を見極めるところから始まります。火星建設もその例外ではなく、派手な入植のイメージのはるか手前に、無人機による地道な下調べの長い年月が横たわっている。この順序を飛ばせないという点でも、火星は地上の現場と同じ規律に従っています。

小惑星——早すぎたゴールドラッシュ

小惑星は、宇宙建設に「資材の供給地」という別の顔を提供します。ひとくちに小惑星といっても素性はさまざまで、鉄やニッケルの塊のような金属小惑星にはプラチナ族金属が含まれ、黒っぽい炭素質小惑星には水や有機物が豊富です。この二つは、宇宙建設にとって意味がまるで違います。金属小惑星は「地上に持ち帰れば高く売れる希少金属の鉱脈」として語られがちですが、より実務的に効くのは炭素質の水のほうです。水を軌道上で電気分解すれば水素と酸素——すなわちロケット燃料——になり、いわば宇宙のガソリンスタンドが作れるからです。地球の重力の底から燃料を打ち上げ続ける代わりに、宇宙のなかで燃料を補給できれば、輸送の経済は根本から変わる。この構想は2010年代に採掘スタートアップのブームを生み、資金と期待を集めましたが、代表格だったプラネタリー・リソーシズも、ディープ・スペース・インダストリーズも、市場より早すぎて2010年代末に力尽きました。技術が間違っていたというより、その技術を必要とする顧客——軌道上で燃料を買う誰か——がまだ存在しなかった。需要より前に供給を立ち上げてしまったのです。ゴールドラッシュで儲けたのは金鉱掘りではなくツルハシとジーンズを売った商人だった、という古い教訓は、宇宙では「ツルハシ屋（打上げ企業）が先に儲かり、金鉱掘りはまだ早い」という形で反復されています。ただし科学の歩みは止まっておらず、金属小惑星プシケ——その名を冠した探査機——は2023年に地球を旅立ちました。到着はまだ先ですが、金属の塊がどんな素性のものかを人類が初めて間近で確かめる機会になります。資源としての小惑星の時代は、来るとしても打上げコストと軌道上インフラがもう一段熟してから——おそらく2040年代以降の物語です。順序としては、まず地球と月と火星を結ぶ輸送が太くなり、次に軌道上で燃料を貯め・分配するインフラが整い、その燃料の需要が確かなものになって初めて、供給地としての小惑星に採算の光が差します。この「輸送→インフラ→資源」という順番を飛ばして最後尾から始めてしまったのが、先の二社の悲運でした。中小の経営でも、方向が正しくても入る時期を誤れば資金が尽きる、という現実は同じで、「正しさ」と「早すぎ」は両立します。市場が振り向く前に旗を立てた者は、たいてい二番手にその果実を譲ることになります。だからといって旗を立てるなという話ではありません。誰かが早すぎる旗を立てて散ったからこそ、後続は道の在り処を知る——早すぎた挑戦は、無駄ではなく地図になります。

宇宙太陽光発電——半世紀待機中の「史上最大の宇宙ゼネコン工事」

軌道上には、もう一つの巨大建設構想が半世紀待機しています。宇宙太陽光発電（SBSP）です。1968年にピーター・グレイザーが提唱したこの構想——昼夜も天候もない軌道上でギガワット級の太陽光を集め、マイクロ波で地上へ送電する——は、要するに数km四方の構造物を軌道上で組み立てるという、史上最大の「宇宙ゼネコン工事」の候補です。魅力は明快で、地上の太陽光発電が夜と雲と大気の減衰に悩まされるのに対し、軌道上の発電所は太陽の光をほぼ休みなく浴び続けられます。集めた電力を地上へ届ける手段としてマイクロ波が選ばれるのは、電波が大気や雲をほとんど減衰せずに通り抜けられるからで、雨の日も夜も、軌道上で作った電気を地上の受信アンテナへ送り続けられる——これが、天候と昼夜に縛られる地上の再エネにはない強みです。問題は、その規模です。ギガワット級を成立させるには、集光と送電のパネルを数km四方まで広げねばならず、それを微小重力の軌道上で、人がほとんど手を出せない条件で組み立て続けることになる。半世紀にわたり「発電量当たりの建設コストが地上の電源に見合わない」とされてきたのは、この途方もない軌道上工事が主因でした。ところが潮目が動きつつあります。2023年、カルテック（カリフォルニア工科大学）の実証機が軌道からの無線送電を初めて実演し、原理が机上の話でないことを示しました。日本ではJAXAがマイクロ波送電で長年の研究蓄積を持ち、欧州も検討を再開しています。鍵を握るのは、やはり打上げ単価です。数km四方の構造物を軌道へ運ぶ費用が、いまよりもう一桁下がれば、脱炭素の切り札候補として真剣な事業評価の土俵に乗る——前巻で描いたエネルギー転換の建設需要の、最も野心的な延長線です。半世紀「採算が合わない」と言われ続けた構想が、輸送コストという一点の変化で息を吹き返しかけている。前提条件が一つ動くと、長く塩漬けだった計画が突然「検討に値するもの」に変わる——この反転の仕方は、建設の歴史で何度も繰り返されてきた光景です。かつて海を越える長大橋も、地下を貫く長大トンネルも、提唱された当初は「夢物語」と一蹴され、材料や工法や資金調達のどれか一つが成熟した瞬間に、堰を切ったように現実の工事へ動き出しました。SBSPが半世紀待たされたのは構想が甘かったからではなく、それを支える輸送という土台が育っていなかったからです。土台が育つまで図面を温め続けたグレイザーの構想が、いま次世代へ手渡されようとしている——そこに建設という営みの息の長さを感じます。付け加えれば、この巨大構造物を軌道上で無人組立する技術は、そのまま大型アンテナや観測装置を宇宙で組み上げる技術と地続きであり、SBSP単体の採算を超えて、軌道上建設という産業そのものの呼び水になり得ます。

宇宙エレベーター——自分の「素材革命」を待つ構想

そして宇宙エレベーター。静止軌道から地上へケーブルを垂らし、昇降機で宇宙へ上るこの構想は、ロケットの父ツィオルコフスキーが19世紀末に着想し、SF作家アーサー・C・クラークが小説で世に広め、そして大林組の2050年構想（第3回）まで夢想され続けてきました。原理はこうです。地球の自転と同じ周期で回る静止軌道は地上約3万6千kmの高さにあり、そこに重心を置いた長大なケーブルを張れば、遠心力と重力が釣り合って、ケーブルは倒れずに立ち続けます。そのケーブルを昇降機がよじ登れば、爆発的な燃焼を伴うロケットなしで宇宙へ荷を運べる——理屈のうえでは、これほど省エネな宇宙輸送はありません。正直に書けば、問題は理屈ではなく素材です。3万6千km超を自重に耐えて張り渡すには、鋼のはるか上をいく比強度の材料が要り、その最有力候補とされたカーボンナノチューブをもってしても、必要な強度と長さを両立するケーブルは現時点で存在しません。実験室で数cmの糸が作れることと、宇宙まで途切れず垂らせることの間には、途方もない隔たりがあります。物理法則は許しても、材料科学がまだ追いつかない——ゴシックの大聖堂が石を高く積むために鉄の補強を待ち、摩天楼が上階へ人を運ぶためにエレベーターの実用化を待ったように（人類史編）、宇宙エレベーターもまた、自分の登場を可能にする「素材革命」を待っている段階です。オニールのコロニー——地球と月の重力が釣り合う空間に自転する円筒都市を浮かべ、内側に人が住むという構想——もまた然り。ジェフ・ベゾスが「重工業と汚染産業を宇宙へ移し、地球を住宅地と軽工業のための星として残す」というビジョンとして再提唱していますが、それは数世代がかりの目標地点であって、工程表ではありません。本編は、これらを「嘘」とも「確定した未来」とも書きません。建設史が教えるのは、紙の上の構想と実現の間には50年から100年の時差があり、しかしその時差は、誰かが紙に描き続けた場合にのみ縮まる、ということです。図面を捨てた構想は時差が縮まらないどころか、始まりの地点さえ失います。宇宙エレベーターがなお夢の側にあるのは、怠けていたからではなく、まだ素材が生まれていないからです。逆にいえば、ある日どこかの研究室で桁違いに強い繊維が量産できるようになった瞬間、この構想は「材料待ち」の棚から「工学の課題」の机へ一気に移る。そのとき最初に動けるのは、素材のない時代にも設計と力学の検討を積み続けてきた者だけです。地上の小さな会社でも、いつか来るかもしれない技術や制度の変化を見据えて、今できる備え——人を育て、記録を残し、図面を引き続けること——をやめないことには、同じ意味があります。夢を実務に変えるのは、待つ間に手を止めなかった者だ、というのが建設史の一貫した教えです。