アポロ13号とは？｜月面着陸から「生還ミッション」へ変わった6日間

1970年4月13日。月へ向かっていたアメリカの宇宙船アポロ13号で、サービスモジュールの酸素タンクが破損した。

打ち上げから約55時間55分。宇宙船は地球から約20万マイル、約32万km離れた宇宙空間にいた。乗っていたのは、船長ジム・ラヴェル、司令船操縦士ジャック・スワイガート、月着陸船操縦士フレッド・ヘイズの3人だった。

本来の目的は、月のフラ・マウロ地域へ着陸して地質調査を行うことだった。しかし酸素タンクの事故によって月面着陸は中止される。司令船「Odyssey（オデッセイ）」は電力と酸素を失い始め、3人が地球へ帰るためには、本来は月面着陸用だった「Aquarius（アクエリアス）」を救命艇として使わなければならなくなった。

ここからアポロ13号の目的は完全に変わった。月へ降りることではない。限られた電力、水、酸素、二酸化炭素除去能力、そして残されたエンジンを使い、壊れた宇宙船から3人を地球へ帰還させることだった。

アポロ13号は、なぜ月へ行けなくなったのか。そして、約32万km離れた宇宙空間から、どうやって3人を生還させたのか。この特集では、事故以前の計画、酸素タンクの故障、月着陸船の「救命艇」化、生命維持、帰還軌道、再突入、事故調査までを全10回で追っていく。

アポロ13号は何が起きた宇宙ミッションだったのか

アポロ13号は、NASAのアポロ計画で実施された有人月飛行の一つである。1969年のアポロ11号、アポロ12号に続く3回目の有人月面着陸を目指し、1970年4月11日にフロリダ州のケネディ宇宙センター39A発射台からサターンVロケットで打ち上げられた。

乗員は3人。船長のジム・ラヴェル、司令船操縦士のジャック・スワイガート、月着陸船操縦士のフレッド・ヘイズだった。司令船は「Odyssey」、月着陸船は「Aquarius」と呼ばれていた。

月面ではラヴェルとヘイズがフラ・マウロ地域へ降り、地質調査や試料採取を行う計画だった。アポロ11号と12号が比較的平坦な月の「海」に着陸したのに対し、フラ・マウロはより起伏のある高地で、巨大なインブリウム盆地形成時に放出された物質を調べられると考えられていた。

つまりアポロ13号は、最初から「遭難した宇宙船を救うためのミッション」だったわけではない。科学的な月面探査を目的とする通常の月着陸ミッションとして出発している。その目的が飛行3日目に突然失われたことが、この出来事を理解する第一のポイントになる。

4月13日、月へ向かう途中で異常が始まった

異常が表面化したのは1970年4月13日、打ち上げから約55時間55分後だった。Mission Controlからの指示で、サービスモジュールにある極低温酸素タンクの内部を均一にするため、乗員がタンク内のファンを作動させた直後のことである。

宇宙船では大きな音が聞こえ、警報が作動した。通信記録には、ジャック・スワイガートが「Okay, Houston, we’ve had a problem here」と報告し、その後ラヴェルも問題の発生を伝えたことが残っている。

この時点では、宇宙飛行士も地上の管制官も何が起きたのか分かっていなかった。一時的な計器異常なのか、電気系統の故障なのか、それとも宇宙船そのものが物理的に損傷したのかを判断する必要があった。

まもなく状況は深刻になった。サービスモジュールの酸素タンク2番の圧力が失われ、続いて酸素タンク1番の圧力も低下していった。ラヴェルが窓の外を見ると、宇宙船から何かが宇宙空間へ流出しているのが確認された。

これは生命維持用の酸素だけの問題ではなかった。アポロ宇宙船の燃料電池は水素と酸素を使って電気を作っており、その副産物として水も得ていた。酸素供給を失えば、司令船の発電能力まで失われる。酸素タンクの事故は、電力、水、生命維持という複数のシステムを同時に脅かしていた。

月面着陸は中止――目的は「3人を帰すこと」へ変わった

事故後、フラ・マウロへの月面着陸を続行する可能性は消えた。残った課題は一つだった。ラヴェル、スワイガート、ヘイズを地球へ帰還させることである。

ところが、単純に宇宙船の向きを変えて地球へ戻ればよいわけではなかった。

アポロ13号は打ち上げ後、当初は「自由帰還軌道（free-return trajectory）」と呼ばれる軌道に乗っていた。これは、月へ向かう途中で主エンジンを使用できなくなっても、月の重力を利用して月を回り、地球付近へ戻れる軌道である。

しかしフラ・マウロへの着陸条件を整えるため、事故以前にアポロ13号は自由帰還軌道から外れた「ハイブリッド軌道」へ移っていた。そのままでは地球へ安全に帰れない。このため事故後、月着陸船Aquariusの降下用エンジンを使って軌道を修正し、再び自由帰還可能な軌道へ戻す必要があった。

飛行開始から61時間30分ごろ、乗員はAquariusの降下用推進系を約34秒作動させた。これによって宇宙船は月の裏側を回り、地球方向へ戻る軌道へ入った。

ただし、それだけでは帰還に時間がかかり、着水地点も適切ではなかった。月を回った後にはさらに「PC+2」と呼ばれるエンジン噴射を行い、帰還時間を短縮するとともに着水地点を太平洋側へ移す調整が行われた。

アポロ13号の帰還は「月の重力に任せて帰ってきた」のではない。残された推進系を使い、地上で計算した軌道修正を乗員が正確に実行することで成立していた。

Aquariusはなぜ3人の「救命艇」になれたのか

事故によって司令船Odysseyを通常どおり使用し続けることが難しくなると、NASAは月着陸船Aquariusを救命艇として使う方針を採った。

月着陸船は本来、月周回軌道から2人を月面へ運び、再び月周回軌道まで戻すための宇宙船である。3人を何日間も収容して地球まで運ぶようには設計されていない。

それでもAquariusには、独立した酸素供給、電力、生命維持装置、誘導装置、通信装置、そして降下用エンジンがあった。サービスモジュールの損傷によって使えなくなった機能の多くを、一時的に代替できたのである。

一方で、司令船Odysseyを完全に捨てることはできなかった。月着陸船は地球大気へ再突入するための耐熱シールドを持っていない。最終的には3人がOdysseyへ戻り、司令船だけで大気圏へ突入しなければならない。

そこでOdysseyは可能な限り電源を落とし、再突入時に必要となるバッテリーを温存した。Aquariusで生き延びながら、最後にOdysseyを再起動する。2機の宇宙船を本来とは異なる役割で使い分ける必要があった。

残された敵は、電力・水・二酸化炭素だった

帰還軌道へ乗るだけでは3人は助からない。地球へ戻るまで、Aquarius内部で生命を維持し続ける必要があった。

特に厳しかったのが電力と水だった。Aquariusは本来の設計より長期間使用されることになり、消費電力を徹底して抑えなければならなかった。暖房を含む多くの機器が停止され、船内温度は大きく低下した。水も厳格に節約された。

もう一つの問題が二酸化炭素だった。3人の呼吸によって船内のCO2濃度が上がる一方、Aquarius側の水酸化リチウム吸収装置だけでは長期間の3人分を処理しきれない。

Odysseyには十分な交換用カートリッジが残っていた。しかし司令船用は角形、月着陸船側の接続部は異なる形状で、そのままでは取り付けられなかった。

地上の技術者たちは、宇宙船内に存在するホース、ビニール袋、段ボール、テープなどを使って接続する方法を考案した。Mission Controlが手順を無線で伝え、乗員が宇宙船内で組み立てた即席のアダプターによって、Odyssey用の水酸化リチウムカートリッジをAquariusの生命維持系で利用できるようになった。

映画などでは象徴的な場面として描かれるが、この装置だけがアポロ13号を救ったわけではない。電力管理、水の節約、姿勢制御、誘導、通信、エンジン噴射、司令船再起動など、多数の問題を一つずつ解決した結果として帰還が成立している。

地球へ近づいても、最後まで安全ではなかった

月を回って地球へ向かい始めても、最大の不確定要素の一つが残っていた。

サービスモジュールの損傷状態を、乗員は事故直後には外から確認できなかったからである。地球へ接近した段階でサービスモジュールを切り離すと、初めて大きな損傷が見えた。NASAの記録写真では、サービスモジュール側面のパネルが広い範囲で失われている。

さらに心配されたのが司令船Odysseyの耐熱シールドだった。サービスモジュールに大きな破壊が起きた際、再突入に不可欠な耐熱シールドまで損傷していないかを飛行中に完全に確認する方法はなかった。

もう一つの難題がOdysseyの再起動だった。通常の手順は十分な電力があることを前提としていたが、アポロ13号では残ったバッテリー容量を超えないよう、地上で新しい起動手順を作らなければならなかった。

Mission Controlでは実機と同じ条件を再現しながら手順を検証し、それを宇宙飛行士へ送った。再突入の約2時間半前からOdysseyを起動し、Aquariusからの電力供給を終了。誘導・通信・生命維持など、再突入に必要なシステムを復帰させていった。

その後Aquariusも切り離され、3人はOdysseyだけで地球大気へ突入した。

1970年4月17日、3人は太平洋へ帰還した

大気圏再突入中、司令船との通信はいったん途絶える。これはプラズマによる通常の通信ブラックアウトだが、アポロ13号では耐熱シールドの状態が分からなかったため、地上では通信回復を待つ時間そのものが安全確認でもあった。

通信は回復した。

高度約24,000フィートで2個のドローグシュートが開き、続いて高度約10,000フィートで3個のメインパラシュートが展開した。

1970年4月17日、Odysseyは太平洋へ着水した。NASAの記録では飛行時間は142時間54分41秒。着水地点は予測地点から約1マイル、回収艦USS Iwo Jimaから約4マイルだった。

ラヴェル、スワイガート、ヘイズの3人は全員生還した。

月面着陸という当初の目的は達成されなかった。その意味ではApollo 13は失敗したミッションである。一方、重大な宇宙船故障が発生した状態から乗員全員を帰還させたことから、NASA自身も後年このミッションを「successful failure」と表現している。

酸素タンク2番では、なぜ事故が起きたのか

事故直後からNASAは原因調査を開始し、Apollo 13 Review Board（アポロ13号事故調査委員会）が約7週間にわたって、飛行データ、製造記録、地上試験、設計、運用、組織上の問題を調査した。

調査の中心となったのが、サービスモジュールの酸素タンク2番だった。

このタンクでは打ち上げ前の試験時、内部の液体酸素を通常の方法で十分に排出できない問題が発生していた。そのため地上設備の65V電源を使い、内部ヒーターを長時間作動させて酸素を気化させる方法が採られた。

ところが、タンク内部にあるヒーター用サーモスタットスイッチは、本来の宇宙船電源である28Vに対応した仕様のままだった。65Vでスイッチが作動した際に接点が損傷し、ヒーターを正常に停止できなくなった可能性が高いと調査委員会は判断している。

結果としてヒーター周辺は設計想定を大きく超える温度になり、近くにある電線のテフロン絶縁を損傷させたと考えられた。温度計の表示上限が低かったため、この異常な高温は地上試験時には把握されていなかった。

飛行中の4月13日、酸素を攪拌するファンが作動した際、損傷していた配線で短絡が発生し、純酸素に近い環境の中で燃焼が始まった可能性が高い。内圧が上昇して酸素タンク2番が破損し、その影響でサービスモジュール外板や他の酸素系統も損傷した――これが事故調査から再構成された主要な流れである。

ここで注意したいのは、「一つの部品が偶然壊れた」という事故ではなかったことである。

Apollo 13 Review Boardは、事故について、複数のミスと十分な故障許容性を持たない設計が重なった結果だと評価している。製造・取り扱い、設計変更、地上試験、電圧仕様、温度監視、配線絶縁が一つの連鎖を作っていた。

酸素タンク2番が事故へ至るまでの経緯は、第4回で地上試験から順番に詳しく検証する。

事故原因は解明されたのか

大筋では解明されている。

Apollo 13 Review Boardは、サービスモジュールの酸素タンク2番内部で電気的に始まった火災が事故原因である可能性が極めて高いと判断した。事故後の試験でも、損傷した配線、短絡、テフロン絶縁の燃焼、酸素タンクの破壊へ至る仕組みを裏付ける結果が得られている。

ただし、事故の全瞬間を直接観察できたわけではない。宇宙船から得られたテレメトリ、乗員の証言、サービスモジュールの写真、地上再現試験を組み合わせて事故過程を再構成している。

最終報告書も、事故の基本的な性質と最も可能性の高い原因は特定できた一方、個々の出来事について正確な順序・位置・詳細まで完全に確定できない部分が残るとしている。

したがってApollo 13は、「原因不明の宇宙事故」ではない。同時に、事故発生の1秒ごとの物理現象まで直接確認された事故でもない。この2つを分けて理解する必要がある。

事故後、Apollo宇宙船はどう変わったのか

事故調査を受け、NASAはサービスモジュールの酸素貯蔵システムを大きく見直した。

後続ミッションでは酸素系統の冗長性が強化され、酸素タンクや電気系統、温度制御、配線などに変更が加えられた。Apollo 14以降では、同じ故障が単一点から重大な電力喪失へ発展しにくくするための設計変更が実施されている。

事故調査が重視したのは部品だけではない。設計変更が別の部品仕様へどう影響するのか、製造・試験時に発生した異常が飛行安全へどうつながるのかを、組織全体で把握する必要性も指摘された。

Apollo 13は、宇宙飛行士とMission Controlの危機対応能力を示した出来事として知られている。しかし事故調査という視点から見ると、もう一つの側面が見える。高度な宇宙船であっても、小さな仕様不整合や試験時の異常を独立した問題として処理してしまえば、後に大きなシステム事故へつながり得るという点である。

FACT CHECK｜アポロ13号で誤解されやすい3点

「宇宙船そのものが爆発した」わけではない

事故の中心は、司令船ではなくサービスモジュールに搭載されていた酸素タンク2番だった。結果としてサービスモジュールは大きく損傷したが、Odysseyの乗員区画そのものが爆発したわけではない。

事故発生時には自由帰還軌道から外れていた

アポロ13号は打ち上げ直後には自由帰還軌道にいたが、フラ・マウロ着陸のため事故以前にハイブリッド軌道へ移っていた。そのため事故後、Aquariusのエンジンを使って自由帰還可能な軌道へ戻す操作が必要だった。

映画で有名な台詞は、実際の通信とは少し違う

広く知られる「Houston, we have a problem」は映画などで定着した表現で、NASAの通信記録に残る実際の報告は過去形の「we’ve had a problem」だった。第10回では、こうした映画『アポロ13』の描写と実際の記録を分けて確認する。

まとめ｜Apollo 13は「事故」ではなく「帰還まで」を読む

アポロ13号は1970年4月11日、3回目の有人月面着陸を目指して地球を出発した。しかし4月13日、サービスモジュールの酸素タンク2番で重大な事故が発生し、月面着陸は中止された。

酸素を失ったことで燃料電池による発電も維持できなくなり、司令船Odysseyは最低限の状態まで停止された。3人は月着陸船Aquariusへ移り、そこを救命艇として使用した。

その後に必要だったのは、Aquariusのエンジンによる軌道修正、電力と水の節約、二酸化炭素除去装置の応急改造、誘導・姿勢制御、停止したOdysseyの再起動、そして大気圏再突入だった。1970年4月17日、飛行開始から142時間54分41秒後、3人は太平洋へ帰還した。

一方、事故調査では、酸素タンク2番の設計・取り扱い・地上試験に存在した複数の問題が明らかになった。事故は単純な「不運」ではなく、技術上の弱点と複数の判断が重なって成立したものだった。

だからApollo 13を理解するとき、酸素タンクの爆発だけを見ると全体の半分しか見えない。残りの半分は、壊れた宇宙船、限られた資源、変化する軌道という条件の中で、地上と宇宙の人々が一つずつ問題を解いていった「帰還ミッション」にある。