隣の部屋から、分厚い花崗岩の壁越しに、まるで古い蒸気機関車が近づいてくるかのような、ガタガタ、ガタガタ、という音が聞こえてくる。角を曲がると、騒音の源が見えた。テーブルが揺れているのだ。細長い金属板が前後に激しく揺れている。その上に、圧力と動きを計測するセンサーがぎっしり詰まった直方体が6個、二列に整然と並んでいる。それぞれの直方体には、成人男性の前腕ほどの大きさで、重さ約4.5kgのチタン合金製のボルトが取り付けられている。精巧な組み立てから想像できるように、これらのボルトは特別なものだ。
やがて、この驚異的なハードウェアは宇宙へ旅立つ。ボルト、あるいはそれに似たボルトが、オリオン宇宙船の各部を繋ぎ止めることになる。オリオン宇宙船は、1972年以来初めて人類を低軌道から外へ運ぶ新型宇宙船で、当初は月へ、後には火星への旅へと旅立つ。しかし、その前に、この留め具は宇宙船の旅を再現した模擬実験に耐えなければならない。しかも、より過酷な条件で。
彼らが耐えている振動は、打ち上げの激しさをシミュレートするためのほんの始まりに過ぎない。部品はさらに、ハンマーで叩かれたり、焼かれたり、凍らされたりと、合計24回のテストにも耐える。これらはすべて、金属が発射台に届く前に行われる。こうした過酷なテストによって、ボルトは巨大な宇宙船をしっかりと支えるだけでなく、まさに適切なタイミングで、見事に破壊されることが保証される。より正確に言えば、ボルトは爆発し、オリオンのロケットの一部を戦略的に切り離すことになるのだ。
この可燃性ハードウェアの設計、製造、そしてほとんどの試験は、コネチカット州東部にある古い石造りの工場で行われています。エンジニアたちは1世紀以上もの間、様々な部品に花火用の材料を詰め込んできました。19世紀のブラウンストーン、花崗岩、レンガでできた200エーカーのキャンパスは、工場街と大学の両方の雰囲気を醸し出しており、エンサイン・ビックフォード・エアロスペース・アンド・ディフェンス・カンパニー（EBAD。なんとなく不気味な頭字語がない防衛関連企業なんて考えられませんよね？）の本拠地となっています。EBADは、このプロジェクトにおけるNASAの主要請負業者であるロッキード・マーティンのために、オリオンのナットやボルト（そしてセラミック、ファブリック、スプリング）を製造している2,000社以上の企業の一つです。
EBADの部品はこの宇宙開発の壮大な物語の中では脇役に過ぎないが、同社のミッションクリティカルな役割は、同社に並外れた引力を与えている。オリオンを大気圏外に打ち上げる550万ポンド（約2万4000トン）のロケット（総称してNASAのスペース・ローンチ・システムと呼ばれる）とその他の機器のうち、地球に戻ってくるのはわずか2万500ポンド（わずか0.38%未満）だ。「打ち上げ時にすべての装備を月まで持ち帰って戻ってくるのは、最も避けたいことです」と、ロッキード・マーティンのオリオン宇宙船（宇宙飛行士が搭乗するカプセル）担当副マネージャー、キャロリン・オーバーマイヤー氏は説明する。「月では爆発システムは必要ありません。では、どこに行くのでしょうか？それは分離するのです。『分離イベント』です」。平たく言えば、物が落ちるということです。
爆発するボルトはそのプロセスの触媒であり、「私たちの使命の中心です」とオーバーマイヤー氏は言う。
右：工業用オーブンで部品を焼き、その性能をテストする。レイ・レゴ
オリオンの月への往復飛行全体では、8回の分離が行われる。最初の1回は打ち上げ3分後に起こる。ボルトが、爆薬を混ぜ込んだフランジブルジョイントと呼ばれるジッパー状の亀裂に沿って裂け、オリオンを離陸させた荷重を放出する。打ち上げ時の熱から機体を守っていたフェアリングと呼ばれる、2階建て近くもある3枚のパネルが、そのまま落下する。「15フィート（約4.5メートル）のコーヒー缶がドカーン！と音を立てて飛んでいくんです」とオーバーマイヤー氏は、試験飛行中に初めて機体からパネルが分離するのを見た時のことを振り返りながら言う。「こんなことを言うと馬鹿げているように聞こえるかもしれませんが、とても、とても美しいと思いました」
ミッションが進むにつれて、より多くのシステムが不要になり、切り離されていきます。最後に切り離されるのは、ミッションに必要なすべての液体とガスを収容するゴミ箱型のポッド、サービスモジュールです。このモジュールは、オリオンカプセルを130万マイル（約210万キロメートル）の旅の間、この任務のために作られた4つの留め具の力でしっかりと保持します。乗組員を乗せた宇宙船が地球への帰還を開始すると、留め具が破裂してポッドが解放され、燃え尽きます。
これらのボルトを決定的な瞬間、つまり完璧な故障に備えることは、一種の禅の公案と言えるでしょう。一度だけしか機能しないものを、いかに徹底的にテストするのか？ 機能を果たすためには必ず故障しなければならないものを、いかに設計するのか？
答えの一部は、リリースボルトとリテンションボルトと呼ばれるねじ山付き留め具がテーブルの上でガタガタと揺れていることに表れている。EBADがオリオンのために製造する様々なハードウェアの中で、これらは地球上でも宇宙でも、最も過酷な拷問を受けるに違いない。「徹底的に叩き潰します」と、EBADのテストサービス・マネージャー、スティーブ・サーストンは、勇敢な固定具がテーブルの動きに激しくぶつかる様子を見ながら言う。サーストンは振り返り、静かな場所へと歩み寄り、静かに、そしてほとんど厳粛に言った。「部品に対して本当にフェアではありません。でも、それが重要なんです。限界を見つけ、限界に挑戦すること。」
外では、朝の雨が秋の始まりの鮮やかな緑へと変わっていった。かつてEBADの工場に水を供給していた川がキャンパスを蛇行しながら流れ、カワウソの家族が住み着いている。古びた石壁の向こう側で繰り広げられている光景と、この光景を結びつけるのは難しい。宇宙時代のボルトが限界まで引き伸ばされ（そして押しつぶされ、叩かれ、ガタガタと音を立て）、その威力は計り知れない。
コネチカット州シムズベリーは、南北戦争のずっと前からEBADの本拠地でした。当時、この地域には鉄鉱山、銅鉱山、花崗岩の採石場が点在しており、大量の掘削と爆竹が使われていました。その方法は粗雑で、穴を掘り、火薬を詰め、導火線（通常は紐か布）を通すための小さな隙間を除いて塞ぎ、火をつけ、逃げるというものでした。何百人もの人が亡くなりましたが、その多くは予期せぬ爆発によるもので、しかもその爆発はあまりにも早すぎたのです。
1831年、これらの技術は変化し始めました。より洗練され、予測可能で、安全なものへと変化したのです。ニューイングランドよりもさらに鉱業が盛んだった旧イングランドのコーンウォール地方で、ウィリアム・ビックフォードという発明家が最初の安全導火線の特許を取得しました。ビックフォードは中空の黄麻ロープに火薬を詰め込み、1フィートあたり約30秒という予測可能な速度で火を噴かせました。1839年、彼はコネチカット州の鉱山会社と提携し、バーナーを米国で製造・販売しました。1870年にはラルフ・ハート・エンサインが加わりました。彼の後継者たちは後に、会社の爆発物事業を導火線以外にも拡大し、泥棒が不正に操作すると煙が出る銀行用バッグなどの製品を開発しました。
事業開発責任者のデイブ・ノボトニー氏は、この100年以上の歴史を手短に解説しながら、重要な点に迫った。彼は机から身を乗り出し、こう説明した。「私たちはここで物事を爆破します。得意分野です。長年、そうしてきました」。しかし、ビックフォードの時代でさえ、鍵となるのはタイミングだった。タイミングこそが全てであり、今もなおそうである。
時速2万マイル（約3万キロメートル）で宇宙を疾走する小さな金属塊の中にいる宇宙飛行士たちほど、この言葉が真実である者はいない。だからこそ、ほとんど逆説的に、有人ミッションでは機体中の数十箇所に爆薬が仕掛けられているのだ。爆薬は、必要な時に、必要な働きをする。
NASAはこれらの推進剤を「爆発物」とは呼ばない。これは火工システム、つまりパイロと呼ばれ、いわゆる分離ボルトが中心部品となっている。アクチュエーターと呼ばれる電子スイッチが、留め具につながる焼夷糸に電流を流す。この現象は1ミリ秒にも満たない時間、つまり人間の瞬きの約100万分の1秒で終わる。
NASA は設立当初から、射出座席や兵器の展開にも用いられるこのタイプの高速動作に頼ってきた。1950 年代後半から 1960 年代前半にかけてのマーキュリー計画では点火装置が実験されたが、必ずしも素晴らしい結果が得られたわけではない。マーキュリー 4 号の飛行中、着水時に脱出ハッチの不発によりカプセルが浸水し、宇宙飛行士が危うく溺死するところだった。NASA は 1960 年代半ばのジェミニ計画までに爆発物の制御技術を向上させ、点火装置で展開する着陸装置など新しい構造を追加した。1960 年代後半から 1970 年代前半のアポロ計画までに、人類を初めて月に送った宇宙船では、210 個の爆発技術が 24 の機械的機能 (月着陸船の分離から降下用のパラシュートの展開まで) を担っていた。EBAD は、これらの小型だが強力な点火装置の多くに点火装置を供給した。
しかし、スペースシャトル計画の間、爆発は二の次でした。宇宙船は、宇宙遊泳する宇宙飛行士を含む付属機器のドッキングとドッキング解除を行う、電動の再利用可能なシステムに大きく依存していました。しかし、モーターは完璧ではないと、オリオンのパイロエンジンの開発に携わり、シャトルで20年近くを過ごしたNASAのエンジニア、スチュアート・マクラング氏は後に私に説明してくれました。モーターはパイロエンジンよりも数秒遅く、重量も数ポンド重く、最悪なことに故障する可能性もあります。そのため、彼は依然としてフェイルセーフとして爆発を支持しています。「万が一何か問題が起きても、それを破壊して帰還すればいいのですから。」
今日、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡やオシリス・レックス小惑星サンプラーなど、太陽電池パネルをゆっくりと展開する必要がある衛星や無人システムでは、電動式の作動がますます求められています。「良い点は、パイロシステムが非常に速く作動することです」とノボトニー氏は冗談めかして言います。「悪い点は、非常に速く作動することです」。また、私たちの頭の悪い友人たちにとって残念なことに、再利用性を信条とするスペースXの創設者イーロン・マスク氏は、爆発音が好きではないのです。
EBADはシャトルに搭載する装備がほとんどなく、ノボトニー氏は数年前、ほとんどの宇宙ビジネスが爆発から完全に離れつつあることに気づいた。しかし、オリオンはシャトル以前の時代、つまり制御された爆発に依存していた時代への回帰であり、同社にとって爆発の信頼性を活かすチャンスだった。そこでノボトニー氏は、一世代に一度の宇宙船が飛び去る前にそれを捉えようと、入札に踏み切った。
今、彼とエンジニアチームはボルト作りの試行錯誤にすっかり夢中だ。彼らの作業の成果は時折、ノボトニーのオフィスに持ち込まれる。黄色いバケツには使用済みのファスナーの破片が山盛りで、ノボトニーはそれを訪問者に見せびらかすのを好んでいる。このゴミを覗き込むと、超精密に設計され、延々とテストを重ねた爆発する宇宙製品というよりは、捨てられた埋め立てられたパイプのように見える。彼らの任務は極めて単純だが、完成させるには何年もかかる。一緒にいること、バラバラになること、そして乗組員を地球に帰還させること。「突然気が変わってブルース・ウィルスを救助任務に送り出せるようなものではない」とノボトニーは言う。「ただ家に帰ってくるだけなんだ。」
EBADは2009年以来、オリオンのハードウェアを作ったり壊したりを繰り返してきた。事業開始当初、ロッキードは仕様を記した膨大な文書を納品してきた。最初は数百ページ、その後数千ページへと増えていった。しかし、EBADはゼロからスタートしたわけではない。同社は1965年に特殊な信管を製造する宇宙兵器部門を設立し、他にも数社――NASAさえも――が1950年代から分離ボルトを製造していた。つまり、2000年代初頭には、既に大まかな概要は公表されていたのだ。
要求されたときには明らかにボルトらしからぬものでなければならないボルトを完璧にするため、EBAD のエンジニアたちはハードウェアの最も弱い部分、つまり破断の震源地である破断面を徹底的に研究することに膨大な時間を費やす。ロッキードのオーバーマイヤーはそれを折り畳んだ紙に例える。「曲げると折り目が非常に強くなるので、その線で破断するのです」と彼女は説明する。打ち上げ時のようにハードウェアがすぐに破断すると、ここで起こるだろう。ボルトの場合、破断面はチタンの表面を一周するカミソリのように薄い切り込みで、端から 3 分の 2 ほどのところにある。EBAD がオリオンの初期テストを行っていたころには、設計者たちはその配置や深さをあれこれ調整していた。最も重要なのは、毎回適切なタイミングで確実にきれいに破断するよう、内部構造や爆薬と慎重に組み合わせることだった。
改良に取り組んでいる間も、ルールは変わり続ける。開発の半ば、つまりボルトの反復を12回以上行い、機体のテストを数回行った後、NASAはオリオンサービスモジュールを大幅に軽量化し、最終的に火星まで往復する2年間の旅で人間の生活を支えるシステムのためのスペースを作る必要があると判断した。当時49,000ポンドだった機体から約3,000ポンドを削減する必要があった。EBADにとって、それはより少なく、より頑丈なボルトを意味した。旅のほぼ全行程に耐える必要のある6個の留め具の代わりに4個で済むため、約25ポンドの軽量化になる。「これが頭の痛い問題でした」と、設計を監督するEBADエンジニアのショーン・キーオンは言う。彼らはボルトを最初から作り直し、太さと長さを約6mm長くした。この微調整により、各ボルトは10万トン以上を保持できるようになり、オリオンは2個を問題なく失うことができた。
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チームはボルトを正確な仕様通りに加工します。寸法が1⁄1,000インチ以上ずれていると、使い物になりません。しかし、これらのヘラクレス級のファスナーを製造する真の秘訣は、製造そのものではありません。それは、次から次へと繰り返されるテストです。加振台に加え、すべての部品はミッションの過酷な状況を再現した試験を受けます。EBAD（電子ボルト試験）では、マイナス100度まで凍結させ、さらに210度まで加熱することで、飛行中に太陽の照りつけによってヒューズが自然発火しないよう徹底します。ロケット点火の衝撃波にもボルトが耐えられることを証明するため、トール級の鋼鉄ハンマーによる6,000Gの強烈な打撃を3回受けます。
工程全体を通して、エンジニアたちはボルトを何度も点検します。圧力によって形状が変形していないことを確認するために、再測定を行います。X線検査で内部部品がすべて揃っていること、そして正しい位置にあることを確認し、蛍光染料で長さ0.03インチほどの小さな亀裂も検出します。EBAD検査で問題がなければ、各製造バッチから9個ほどのファスナーがロッキード・マーティンとNASAに送られ、より過酷な条件でテストされます。もし、いずれかのハードウェアに不良テストや亀裂が見つかった場合、EBAD検査ですべてのファスナーが取り外され、工程が最初からやり直されます。
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爆発性宇宙ボルトの成功を観察するもう一つの方法は、爆発を観察することです。爆発は非常に速いため、爆発の瞬間を観察するだけでは、全くもって感動に値しません。ほとんど何も見えません。まるで魔法のようです。しかし、魔法ではないのです。
爆発を本当に「見る」唯一の方法は、人間の目に自然に映る速度のほんの一部、少なくとも毎秒10万フレームのスローモーション動画を見ることだ。それでもなお、多くのものが隠されている。例えば、一連の微小な爆発を引き起こす電荷は、最終的に圧力カートリッジ内の有機推進剤に点火する。推進剤は内部の2つのピストンを駆動するのに十分なエネルギーを生み出す。そして、2つのピストンは互いに激突し、極めて重要な破断面を最終的に、完全に、そして永久に破壊するのに十分な力で衝突する。外から見ると、ボルトが自力で引きちぎられているように見える。
宇宙船は、ボルト内部を含め、あらゆるところに冗長性を備えています。2つの圧力カートリッジが隣接して配置されています。主カートリッジが点火しない場合でも、電荷は継続して2つ目のカートリッジに作用し、点火します。2つのカートリッジが同時に点火した場合でも（時々起こりますが）、シェルは依然として圧力を封じ込めることができます。
しかし、爆発を起こしただけでは仕事は終わりません。破断自体が問題を引き起こす可能性があります。宇宙では、デブリは致命的な存在だからです。時速数千マイルでオリオンの周りを飛び回るボルトの小さな破片は、太陽電池パネルを破壊したり、重要な電子機器を貫通したりして、ミッションを終わらせる可能性があります。そのため、留め具が試験用センサーの間に入り込み、最終的に2つに折れた際には、デブリを捕らえるための小さな袋が下からぶら下がっています。ロッキード社は、問題を引き起こすほど大きな破片がないことを確認するために、破片を分析します。スローモーションビデオも確認し、破片と宇宙船から飛び出すものの速度を確認します。
破損した部品がどこに行き着くかを確実に把握することは、ミッションの最終段階までクルーカプセルをゴミ箱型の生命維持装置に固定する、最も勇敢なボルトにとって二重に重要です。これらの部品は宇宙船に残り、もう一つの重要な機能に貢献しなければなりません。ボルトが破裂した後、カプセルに残った破片は少し溶けて耐熱シールドの一部となり、余分な熱を放出することで、摂氏4,000度の大気圏への帰還時に宇宙飛行士を守る役割を果たします。破片が溶ける際に、まるで暑い日にアスファルトの上に置かれた氷の塊のように、熱を運び去っていくのです。
ケオン氏とEBADのエンジニアたちが、この最後の苦しみを説明している間、私は彼らが背後の会議室の壁をじっと見つめているのに気づいた。天井近くには巻き上げられたプロジェクタースクリーンがある。試験飛行はボルトにとってその真価を発揮する唯一の機会なので、試験飛行が行われると、EBADのスタッフはこの部屋に集まって見守る。NASAは現在、2つの大きなイベントに向けて着々と準備を進めている。1つは今春、緊急着陸の訓練を行う4分間の飛行。もう1つは、2020年に無人カプセルを月周回軌道に乗せて地球に帰還させる探査ミッション1だ。
彼らが最後にこの部屋に集まったのは2014年、探査飛行試験1号（Exploration Flight Test 1）がオリオン号で地球を2周した後、着水した時だった。この無名のミッションは、耐熱シールド、パラシュート、コンピューター、そしてEBADにとって最大の懸念事項である分離といった重要なシステムの試験だった。12月中旬の午後、チームはピザを注文し、ボルトの調子がどうなっているかを見るために夜まで待った。彼らは歩き回り、汗をかき、歓声を上げ、疲れたため息をついた。しかし、祝賀ムードは翌朝から再開するテストや改良といった作業によって和らげられていた。「ミッションはまだ終わっていない」とキーオンは言う。
この記事はもともと、Popular Science 誌の 2019 年春の交通特集号に掲載されました。
訂正 2021 年 10 月 13 日:この記事の以前のバージョンでは、イングランドのコームウォール郡を都市と誤って記載していました。
