月面発破で生じる爆発飛散物の抑制手法の開発

【背景・経緯】
　現在、人類が月で持続的な活動を行うため、月面拠点を建設することが検討されています。低重力環境での機械掘削は反力に抗って踏ん張ることが難しく、作業に支障が出ると予想されます。地上の土木工事で一般的に使用される火薬発破を宇宙で用いれば、反力の処理を考慮する必要がなく、また、小質量で大効果が得られコスト面でも利点があります。他方で、空気抵抗が作用しない月面では、爆発で生じる飛散物が宇宙機や飛行士に致命的な大被害を与えかねません。そこで、月面に豊富に存在するレゴリス（月の砂）を防護材として飛散物を抑制する、新な火薬発破技術を開発することを目的に、月面での発破を模した1/10スケール実験を実施しました。

 

【成果】
　実験は地球重力下（1G）、大気圧下の爆発実験ピットで行いました。月の岩盤を模したモルタル試験体の内部で高性能爆薬を起爆し、飛散物の挙動とクレーターの体積を評価しました。試験体の上部には、レゴリスの物性を模擬した物質（模擬レゴリス）を被覆し、防護材としました。模擬レゴリスの厚さは、縮小スケールと月面における重力（1/6G）を考慮し、実環境で5、10 m相当としました。
　防護材なしの場合と、10 m相当の模擬レゴリスを被覆した場合の飛散物の挙動を図に示します。防護材なしの場合には、爆発によって試験体が破砕されて最大87 m/sで飛翔する飛散物が生じ、真空・1/6Gの月面では高度1.9 kmに達すると推定されました。一方で、模擬レゴリスを被覆した場合には、模擬レゴリスの表面が僅かに盛り上がったものの、模擬レゴリスおよび供試体から生じる飛散物の飛翔は確認されませんでした。また、模擬レゴリスの被覆によって火薬のエネルギーが効率よく試験体の破砕に使われたことから、クレーター体積は防護材なしの場合よりも84%増加しました。

 

図　高速度カメラ撮影で得られた飛散物の挙動　(a)防護材なし、(b)厚さ10 m相当の模擬レゴリス被覆あり

 

【成果の意義・今後の展開】
　有人宇宙活動では、宇宙機や宇宙飛行士に危害を与えるおそれのある飛散物の発生は許容されず、火薬利用は大幅に制限されます。本研究の成果は、月面で現地調達できる防護材で飛散物を大幅に抑制できることを示しており、宇宙空間での火薬利用の可能性を拓くものです。今後は、月面に存在する原料を用いた火薬による発破の実証実験を行い、爆薬も防護剤も月面で完結する、安全な月面発破技術の実現を目指します。

2026年06月03日