サンタクロースの伝説は、この「陽気な老妖精」の魔法の乗り物について触れずには語れません。高く舞い上がるトナカイに引かれるサンタクロースのそりは、クリスマスの伝説の象徴であり、聖ニコラスの偉大な力の象徴です。サンタクロースはそりに乗って、一晩で世界中の家々を巡ります。これは、まさに空気力学に基づいた素晴らしいトボガンでしょう？
ポピュラーサイエンス誌では、サンタのソリが高高度でどれほどスムーズに移動できるかを知りたいと考えました。そこで、仮想シミュレーションソフトウェアを専門とするANSYS社と提携し、クリスマスイブに空を舞うソリの周りの空気の流れをモデル化するよう依頼しました。ANSYS社は、映画『エルフ』と『サンタクロース』に登場する2種類の伝統的なソリの気流シミュレーションを作成しました。モデルでは、ソリを取り囲む空気の量と速度も考慮され、速度は控えめに見積もっても秒速150メートル（民間航空機の速度）とされました。
判決は全員一致でした。トナカイは、あのゴツゴツしたそりを空中に引っ張るために、大変な努力をしなければならないだろう、というものでした。
「そりの抗力を直接計算したところ、かなり高い抗力であることがわかりました」と、ANSYSのシニア流体製品ラインマネージャー、ジル・エッゲンシュピーラー氏はPopular Science誌に語った。「実際に気流のパターンを調べたところ、流れがそりの周りを回り込み、その後ろで再循環する大きな領域があることがわかりました。」
抗力は、空気抵抗または流体抵抗とも呼ばれ、運動する物体に作用する空気力学的な力です。これらの力は、運動する固体が流体（液体または気体）と接触したときに発生します。飛行機が空中を飛行する際、機体のあらゆる部分が抗力を発生させ、飛行機の前進を困難にします。製造業者の役割は、抗力を可能な限り小さくするように航空機を設計することです。
サンタのそりは不規則な形をしており、サンタクロースが効率的に空中を飛ぶのは困難です。
その多くは形状に関係しています。「世界で最も空気力学的な形状は、雨粒が落ちる時です」とエッゲンシュピーラー氏は言います。「前面は非常に大きな半円で、そこから滑らかに点に繋がっています。飛行機の翼にも同じ形状が見られます。前面は半円で、翼は先細りになって非常に空気力学的な形状になり、空気の流れがその形状にうまく沿うのです。」
一方、ギザギザの形状や流線型でない形状は、空気の流れを急激に変化させ、物体を押し上げるため、大きな抗力と抵抗を生み出します。多くの飛行機や車が曲線的で滑らかな形状になっているのは、このためです。乗り物が発生する抗力が少ないほど、抵抗を克服するために必要なパワーが少なくなります。しかし、サンタクロースのソリには多くの形状の変化があり、サンタクロースが効率的に空中を飛ぶことを困難にしています。
シミュレーションモデルでは、線はそりの周りの気流の経路を視覚化しています。空気分子は形状の周りを流れ、物体の後ろの領域へと向かいます。そこで気流は実際にそりの後ろ側に吸い込まれ、再循環することで低圧領域を形成します。「物体は低圧領域に向かおうとするため、基本的に低圧領域はそりを後ろに引っ張ろうとするのです」とエッゲンシュピーラー氏は説明します。
つまり、ルドルフと彼のチームは、この低気圧によって生じる抵抗に対抗するために残業しなければならないのだ。
この事実に気づいた後、私たちは働き者のトナカイたちに手を差し伸べたいと考えました。そこで、サンタのソリのデザインをANSYSに依頼しました。より現代的なデザインです。ティアドロップ型の形状を念頭に置きながら、ANSYSはより滑らかで洗練されたソリを開発しました。サンタのビンテージ衣装ではなく、スポーツカーのようなソリです。
滑らかなラインにより、従来のそりのデザインで発生していた抗力の90%が解消され、機体周囲の空気の流れがよりスムーズになりました。実際、新型そりは空気力学的に非常に優れているため、超音速にも対応可能です。ANSYSはさらに、サンタクロースが極寒の成層圏を移動する際に寒さを感じないよう、コックピットに屋根を付けました。また、ステルス機能も搭載し、赤いスーツを着たサンタクロースがプレゼントを配っている姿を子供たちに見られないようになっています。どういたしまして、サンタクロースさん。
サンタクロースのソリのアップグレードを支援することは、ANSYSが自動車メーカーの燃費効率の高い車両設計を支援することに似ています。すべてのメーカーは燃費向上を目指していますが、車は実用性も重要です。もし最適な空力設計が涙滴型だとしたら、燃費効率の高い車は後部座席の乗客のためのスペースはもちろん、トランクすらなくなってしまいます。自動車メーカーは、こうしたあらゆる制約を考慮しながら、空力性能の高い車両を設計する方法を見つけ出さなければなりません。
「そこでシミュレーションが重要なツールになります」とエッゲンシュピーラー氏は言います。「何千ものアイデアや何千通りものデザインがあっても、すべてをテストすることはできません。しかし、それをコンピューターに入力すれば、すべてのテストを仮想的に実行できるのです。」
サンタクロースはバーチャルシミュレーションに頼るべき時なのかもしれません。長期的に見れば、トナカイの機嫌も良くなるかもしれません。
サンタの最新乗車姿を以下でご覧ください:
