宇宙で書く

マイケル・コリンズが司令船コロンビア号にフェルトペンで書き込んだ地図のメモ

宇宙空間での筆記には、様々な種類の鉛筆やペンなど、様々な器具が使用されてきました。その中には、従来の筆記具をそのまま改造したものもあれば、宇宙環境での筆記の問題に対処するために特別に開発されたものもあります。

よくある誤解として、無重力状態ではボールペンでは書けないという事実に直面し、ソ連がより単純で安価な鉛筆を使う方法をとった際にNASA側が何百万ドルもの無駄な出費をした結果としてフィッシャースペースペンが考案されたというものがあり、ペンは過剰設計の例となっている。[ 1 ]

実際には、スペースペンはフィッシャーペンカンパニーの創設者であるポール・C・フィッシャーが100万ドルの私財を投じて独自に開発したものでした。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] NASAは、このペンが鉛筆よりも燃えにくいという点が特に評価され、宇宙での使用をテストして承認しました。[ 1 ]その後、400本のペンを1本2.95ドル（2024年時点で1本28ドルに相当）で購入しました。[ 5 ] その後、ソ連もソユーズ宇宙飛行用にこのスペースペンを購入しました。

宇宙における永久記録（例えば、ログ、科学実験の詳細や結果など）を目的とした現代の記録は、ほぼすべて電子化されています。2019年現在、ハードコピーはまれにしか作成されていません。使用されているノートパソコン（2012年時点ではIBM/Lenovo ThinkPad）は、宇宙での使用に合わせて、耐放射線性、耐熱性、耐火性など、カスタマイズが必要です。[ 6 ] 2021年現在、国際宇宙ステーションでは依然としてペンが使用されていました。[ 7 ]

ライティング要件

宇宙と地上での記録管理には、いくつかの深刻な問題があります。

汚染管理

かつての潜水艦と同様に、宇宙カプセルは閉鎖環境であり、厳格な汚染要件が課せられます。投入される物質は、ミッションへの脅威となる物質がないか検査されます。木材、グラファイト、インクの蒸気や液滴など、あらゆる物質の脱落はリスクとなる可能性があります。有人カプセルの場合、循環容積がはるかに小さく、微小重力とさらに困難な補給が組み合わさるため、これらの要件はさらに重要になります。

木くず、黒鉛の粉塵、折れた黒鉛の先端、インクの化合物の飛散は、飛行中に危険な危険をもたらします。無重力状態は、空気濾過装置があっても物体を漂わせます。導電性物質は、初期の有人宇宙計画で使用されていた電気機械式スイッチを含む電子機器にとって脅威となります。非導電性粒子は、常開型や回転型などのスイッチの接点を阻害する可能性もあります。漂流する粒子は目にとって脅威であり（そして、それほどではないが吸入による脅威でもあり）、重要な手順の実行を危険にさらす可能性があります。乗務員は防護服を着用しますが、地上乗務員と飛行乗務員の両方にとって、「シャツの袖をまくった状態」の方が快適で生産性も高くなります。フィッシャーペン社のポール・C・フィッシャーは、鉛筆は「宇宙で使用するには危険すぎる」と回想しています。[ 8 ]

アポロ1号の火災発生以前から、CMクルーキャビンは紙、ベルクロ、さらには低温プラスチックなどの危険物質がないか検査されていました。指令は発令されましたが、十分に施行されていませんでした。高濃度の酸素と相まって、アポロ1号のキャビンは数秒で燃え上がり、3人の乗組員全員が死亡しました。

宇宙飛行士アナトリー・ソロヴィヨフは1980年代からスペースペンを携えて飛行しており、「鉛筆の芯は折れるし、宇宙カプセルでは使えない。無重力状態では金属の鉛の粒子が非常に危険だ」と述べている。[ 9 ]

ミッション保証と品質記録

大規模な航空宇宙デモンストレーションのような複雑なものには、有人宇宙飛行は言うまでもなく、厳格な文書化要件が伴います。 品質保証記録には、逸脱がないか、個々の部品や手順の例が記録されます。生産率や飛行率が低いと、一般に差異が大きくなります。ほとんどの宇宙船の設計 (個々の宇宙船は言うまでもありません) は飛行頻度が非常に低いため、実験用航空機とみなされます。軌道上飛行や深宇宙飛行の厳格な重量要因と相まって、品質管理の要求は高くなります。 変更管理記録は、地上テスト、初期飛行から、必要な修正、中期運用改訂やアップグレード、後のプログラムのためのエンジニアリング知識の保持、およびインシデント調査まで、ハードウェアと手順の進化を追跡します。

飛行に科学的または工学的科学的な目的も含まれる場合、低品質のデータはミッションの成功に直接影響する可能性があります。

これらの要件に直面すると、鉛筆やその他の非永続的な記録管理方法は不十分です。永続的で信頼性の高い記録を取るという行為自体が、間に合わせの策略、回避策、そして「ゴーフィーバー」を抑止します。アポロ1号の調査では、パッド上の手順に至るまで、複数の領域で手順と作業工程の欠陥が明らかになりました。

圧力と温度

海面では、温度は厚い大気によって和らげられる。気圧が低下すると、温度はより劇的に変動する可能性がある。初期の有人ミッションの多くは、カプセルの応力（したがって質量）を減らすために標準圧力より低い圧力で運用された。多くのミッションには独立したエアロックがなく、キャビン全体が時々完全な真空に晒された。低圧では汚染問題も悪化する。標準状態で許容される物質が低圧または高温でガス放出を始める可能性があるからである。ソユーズ宇宙船の設計圧力は 14.7 psi (101 kPa) であり、軌道モジュールをエアロックとして使用できたが、計画されていた月ミッションでは軌道モジュールは削除される予定だった。いずれにせよ、圧力と温度の影響を受けないペンがあれば問題（偶発的な減圧も含む）がなくなり、余裕が生まれ、船外活動中の記録が可能になる。

筆記具

鉛筆

グラファイトは燃えて電気を伝導するため宇宙では危険な物質であると言われていますが、次の 2 つの事実がそのリスクを軽減します。

  • 鉛筆の黒鉛は、その形状を保つために「芯」の製造過程で粘土と混ぜられ、1,000℃（1,832℉）を超えると燃えなくなります。[ 10 ]
  • 時折の筆記中に実際に生成されるグラファイト粒子の量は、電気的な危険を構成するには少なすぎるでしょう。

木製鉛筆は、ソ連の宇宙計画の当初から筆記具として使われてきました。鉛筆削りを除いて可動部品がなく、シンプルな構造です。シャープペンシルはNASAのマーキュリー計画[ 11 ]で使用され、ジェミニ、アポロ、スカイラブ計画を通して最も多く使用された筆記具の一つであり続けました[ 12 ]。シャープペンシルは宇宙飛行士の手袋と同じくらいの幅にまで作ることができ、軽量です。発火して粉塵を発生させる可能性のある木製部品は含まれていません。しかし、鉛筆の芯からは電気を通す可能性のある黒鉛の粉塵が発生します。

潜在的な危険性にもかかわらず、無重力状態で鉛筆の芯が折れて宙に浮く問題は、ジェミニ計画やアポロ計画では問題にならなかったようです。ビル・ポーグ宇宙飛行士は、84日間のスカイラブ4号ミッション（5～6本のシャープペンシルが飛行した）の間、折れた芯が宙に浮いているのを見たことは一度もなかったと述べています。彼は、そのような破片はすぐにスカイラブの空気ダクトシステムに吸い込まれ、リターンフィルターで安全に回収されるだろうと考えていました。[ 13 ]

プラスチック板に書くグリースペンシルは、 NASAとソビエト連邦の宇宙計画の両方で、木枠の鉛筆の初期の代替品として使われていました。グリースペンシルは可動部品がなくシンプルで、必要に応じて紙製のカバーを剥がします。欠点は、紙製のカバーを廃棄しなければならないことです。また、グリースペンシルで書いたものは、紙に書くインクほど耐久性がありません。

軌道上の宇宙船に乗って右手で文字を書いている白いスーツを着た宇宙飛行士の横からの眺め
アポロ7号月着陸船パイロットのウォルター・カニンガム宇宙飛行士が、アポロ7号ミッションの9日目に飛行タスクを遂行中にスペースペンで文字を書いているところを撮影されている。
金色のペン本体の全長図。ペン先が最も近く、リフィルが下に整列して配置されています。
フィッシャースペースペン本体。リフィルを取り外した状態でグリップのローレット加工が見える。

ペン

ボールペンは、ソ連、そして後にロシアの宇宙計画、そしてNASAやESAでもグリースペンシルの代替として使用されてきました。[ 14 ]ボールペンは安価で紙（入手しやすい）を使用し、筆記はグラファイトペンシルやグリースペンシルよりも耐久性が高いため、ログブックや科学ノートに適しています。しかし、インクは消えにくく、成分によってはガス放出や温度変化の影響を受けます。

フェルトペンは、アポロ計画でNASAの宇宙飛行士によって使用されました。しかし、芯を使った器具は低粘度、つまり動作温度と圧力を前提に設計されています。

フィッシャースペースペン

フィッシャースペースペンはガス充填式のボールペンで、頑丈で、無重力、真空、極度の温度など、さまざまな状況で機能します。チキソトロピーインクと通気孔のないカートリッジは、常温および低圧では大量の蒸気を放出しません。インクは、約45ポンド/平方インチ（310 kPa）の圧力で圧縮窒素によって押し出され、標準のPR（加圧詰め替え）カートリッジは、12,000フィート（3,700 m）以上の高さ、-30〜250 °F（-34〜121 °C）の温度で書くことができます。ただし、前述の代替品よりも高価です。NASAとソビエト/ロシアの宇宙飛行士によって、アポロ、シャトル、ミール[ 15 ]、ISSのミッションで使用されました。

参考文献

  1. ^ a b Curtin, Ciara (2006年12月20日). 「事実かフィクションか？：NASAは宇宙で書けるペンの開発に数百万ドルを費やしたが、ソ連の宇宙飛行士は鉛筆を使っていた」 . Scientific American . 2021年5月15日閲覧。
  2. ^「フィッシャー・スペース・ペン – 私たちの物語」 2019年2月4日閲覧
  3. ^ 「フィッシャー宇宙ペン」スティーブ・ガーバー、NASA歴史ウェブキュレーター。 2017年1月2日閲覧。
  4. ^ 「1968年に最初のフィッシャースペースペンを試していた宇宙飛行士アレクセイ・レオーノフ」 。 2013年10月4日閲覧。
  5. ^ NASAとフィッシャー・スペース・ペンの間の1967年のオリジナルの注文書は「こちら」でご覧いただけます。2023年5月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  6. ^ 「ISSの宇宙飛行士はどのようなノートパソコンを使用しているのか？」 Space Exploration Stack Exchange . 2020年6月11日閲覧。
  7. ^ 「宇宙ペン、鉛筆、そしてNASAが宇宙でメモを取る方法 - NASA」 2021年8月27日。
  8. ^ “Space Pen History” . 2013年10月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年10月4日閲覧。
  9. ^ “Just the FAQ Ma'am” . 2013年10月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年10月4日閲覧。
  10. ^ 「熱 - 鉛筆の芯の黒鉛を燃焼させるにはどのくらいの温度が必要ですか？」 Chemistry Stack Exchange . 2020年6月11日閲覧。
  11. ^スミソニアン航空宇宙局は、グレンのフレンドシップ7号カプセルから取り出したメモ帳とシャープペンシルを所蔵しています: https://airandspace.si.edu/collection-objects/note-pad-and-pencil-glenn-friendship-7/nasm_A19670186000
  12. ^「フィッシャー・スペースペンは世界的に有名ですが、アポロ計画で最も頻繁に使用された筆記具は、おそらくガーランドのシャープペンシルでしょう。」 http://www.spaceflownartifacts.com/flown_writing_instruments.html
  13. ^ 「宇宙飛行した収集品 - 筆記具」。
  14. ^ 「ペドロ・ドゥケの宇宙からの日記」www.esa.int . 2020年10月31日閲覧。
  15. ^ 「...そして今日：ミール宇宙飛行士はフィッシャー宇宙ペンを筆記具として使用している」 。 2007年11月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年10月4日閲覧。

参考文献

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