「スペースシャトルに乗って宇宙に行けたら……」と考え るととてもわくわくしてきますが，行ったら無事に戻って来 なければいけませんよね。現実に宇宙と地球を安全に行き来 できるよう，研究室の一室で机に向かう研究者が日本大学の 内山賢治さんです。

宇宙からの帰還

飛行機やグライダーなどが着陸する光景を目に したことがあると思います。どの機体も上空か ら滑走路に向けて，その距離や速度，角度を調 整しながら正確に着陸し，地面にぶつかること はありません。実は，スペースシャトルなどの 「宇う ちゅうおうかんき宙往還機」も同じようにして地上へと正確に 戻ってきます。 着陸するとき，利用するのは空気と機体の間で 起こる「揚ようりょく力」という力です。揚力とは，飛ぶと きに機体を持ち上げる方向に働く力のこと。この 力を調節することで重い金属でできた飛行機でも 空に浮かんだり，無事に着陸したりすることがで きるというわけです。 しかし，グライダーと宇宙往還機の機体をよく 観察してみると，その形状はまったく異なってい ます。それは，何の目的でどのような場所を飛行 するものなのかによって，最も適切な機体が設計 されるからです。宇宙往還機は，宇宙と地球を行 き来するもの。つまり飛行機やグライダーと違っ て，地球から宇宙へ飛び立ち，そして無事地上へ と戻れるよう設計がされています。地球へと帰っ てくる際，宇宙往還機は大気圏に突入する必要が ありますが，このときの宇宙往還機の突入速度は 秒速7.5 km にも達します。すると，空気との摩 擦抵抗によって胴体から飛び出た翼には大きな負 荷がかかります。そこで少しでも負荷を軽減する ために，翼は「デルタ翼よく」という小さな三角型の 独特なかたちに設計されているのです。ただ，高 速飛行で翼にかかる負荷が小さいデルタ翼は，着 陸時には揚力を十分に生み出すことができませ ん。宇宙から帰還し着陸するというのは，普通の 飛行機以上に難しいのです。

コンピュータが制御する

実は，宇宙往還機の着陸はパイロットがすべて 操縦するわけではなく，コンピュータによってほ とんど自動的に行われています。もちろん，機器 が故障したときは腕利きのパイロットにより操縦 されますが，それ以外は宇宙から地上までの帰還 経路や，着陸するとき機体の角度を変える操作な ど，多くのことが自動的に判断され，制御されて います。この自動制御のシステムは地球を飛び回 る飛行機などでも利用されますが，宇宙往還機は 大気圏での空気の影響や宇宙という特殊な環境を 飛ぶ機体。地球の上だけを飛ぶ場合よりもクリア しなければならない問題が多く，制約条件も厳し いため，制御自体も複雑で難しくなります。内山 さんは，その制御について研究しています。

数式で表す美しい宇宙

内山さんの研究の対象となるのは宇宙往還機を はじめ，月面着陸機や無人飛行機など。とはいえ， 研究室では実物を使って実際に制御を行っている のではありません。「パソコン」と「ノート」を 駆使して日々数式と向き合いながら研究を進めて います。 たとえば，新しく自動制御のシステムを開発し たとき，そのシステムを何の検証もせずに，いき なり宇宙往還機などに適用するのは非常に危険で す。そこで，大気圏に突入したときの空気抵抗や 重力，エンジン故障などの不測の事態まで，動作 に影響のあることがらを「数式」としてとらえ， これらを物理の教科書にも載っている運動方程式 に当てはめます。そして，その数式から予測され る動きをコンピュータでシミュレーションすること で制御の有効性を検証しています。「自然とか，一 見複雑に見えるものでも，規則性のあるものはき れいな数式で表現される」と内山さんは言います。宇宙というロマンに満ちたものをパソコンや ノートを通して見つめる研究者がいるというの は，想像していた宇宙の研究とひと味違う気がし ます。しかし，導き出された数式が，宇宙往還機 などの運行を可能にしているのです。 スペースシャトルが打ち上がるという劇的な場 面に釘づけになった経験は誰にもあるでしょう。 そのスペースシャトルの動きすべてが数式で表さ れるなんて考えたことはあったでしょうか。内山 さんたち研究者がノートやパソコンに向かって打 ち出した数式が，宇宙往還機に正確に，そして安 全に地球の土を踏ませているのです。