真っ黒焦げのカプセルの謎

宇宙飛行士の若田光一さんを無事に地球に帰還させた、ロシアの有人宇宙船「ソユーズ」。今回は地球にたどり着いたカプセルを、詳しく観察してみたいと思います。

カプセルは釣り鐘のような形をしていて、高さは約2.1メートル。大男の身長よりも少し高いほどの大きさです。中には3人の宇宙飛行士が乗ることができます。それでは、表面をよーく観察してみましょう。何か気づきましたか？ 表面が黒いですね。実は真っ黒焦げになっているんです！

なぜカプセルは真っ黒焦げになったのでしょうか？

その謎をとく鍵は、私たちが普段あまり気にしていない「空気」です。空気も私たちと同じように重力で地球に引っ張られています。だから、地球から離れれば離れるほど、重力が弱くなって空気が薄くなっていきます。若田さんが半年間暮らした、国際宇宙ステーション（ＩＳＳ）の近くの宇宙には、ほとんど空気がありません。そして、空気がほとんどない宇宙から、空気がある地球に高速で突っ込むときに、カプセルが火の玉のように熱くなってしまうんです！

皆さんは自転車のタイヤを、空気入れを使って膨らませたことはありますか？ そのときに、タイヤや空気入れが少し熱くなっていたと思います。実は気体を急に圧縮すると、気体の温度が上がるんです。逆に、スプレー缶を噴射したあとに、缶が冷たくなりませんでしたか？ これは先ほどと逆で、急に空気を膨張させたので温度が下がった例です。

ソユーズのカプセルが、時速600㎞ほどで空気に突っ込んだときにも、空気が急に圧縮されるので空気の温度が数千度にまで上がります。だからカプセルが真っ黒焦げになっていたんですね。このように宇宙から地球近くの空気に高速で突っ込むことを「大気圏再突入」と呼んでいます。

最後に、小惑星探査機「はやぶさ」のカプセルが大気圏再突入したときの、美しい写真を紹介します。これは、突入したときの激しい光が夜空を彩った“人工の流れ星”です。



カプセルが高速で大気圏に突入すると、
進行方向の空気が断熱圧縮され、高温になる。
→何℃まで上がる？
→カプセルの素材は？

カプセルの直径は2.2m、高さは2.1m。釣鐘型。
ソユーズのカプセル（帰還船）の表面は、
プラスチックで出来た耐熱材「アブレータ」で覆われている。

大気圏に再突入すると、
アブレータ自体が溶けて熱分解し、
融解熱と分解熱、炭化したアブレータによって内部を保護する。

再突入時、機体は数千℃という高温にさらされる。機体の外側は「アブレータ」と呼ばれる耐熱素材で覆われている。アブレータは高温になると、表面から溶けて炭化。そのとき発生するガスが膜となって熱の流入を抑える。また、気化熱によって熱を逃がし、内部に高熱が伝わるのを防ぐ。

▼再突入の高度
高度約100㎞、速度170m/s（時速612㎞）

宇宙から戻ってくる経路を計算する場合には、便宜的に再突入点として高度120kmを使うことがありますが、それは、そのあたりより低い高度では大気の影響を取り入れた方がいいことから、計算に使うプログラムを変更したりする切替点として使っているだけです。実際に空力加熱や空気の力が大きくなってくるのは、高度80km前後です。

再突入のときに強い光を発する？
→はやぶさの再突入の写真・動画を使う？