6人が最適な乗組員数──NASA月面基地の最適クルーサイズを新研究が解明
注目画像： NASAが描く月南極付近の将来の月面基地のコンセプトアート。提供：NASA
NASAが新たに改名された「月面基地計画（Moon Base Program）」の下で月の南極近くへの恒久基地計画を正式に進めるなか、根本的な疑問がほとんど問われないままだ——そこには何人の宇宙飛行士が住むべきなのか？5月27日にPLOS ONEに掲載された新たな研究は、この問いに対する初めての本格的な回答を提示し、その発見は深宇宙ミッションにおける乗組員選抜に関する従来の常識の一部に挑戦している。
数千回の模擬月面ミッションのエージェント・ベース・モデリングに基づく回答はこうだ——6人の宇宙飛行士が最適な乗組員数である。4人は最低限であり、最悪のケースでもある。
「人は非常に、非常に良く訓練されていても、長期滞在や深宇宙ミッションでは、常に人間的要因が関わってくる」と、ジョージ・メイソン大学准教授で本研究の主任研究者であるアナマリア・ベレア氏は述べている。
「Lunar Base Agent-Based Modeling: A Benchmark for Simulating Crewed Space Missions」と題されたこの研究は、ジョージ・メイソン大学の資金提供を受け、Agent_Astronautと呼ばれるオープンソースのPythonフレームワークを使用して、異なる規模と構成の乗組員が様々なミッションシナリオでどのようにパフォーマンスを発揮するかをシミュレートした。モデルは、乗組員数、補給頻度、ミッション期間、環境ハザードを変化させて、9つの異なるケースで10,000回のモンテカルロ反復を実行した。
訓練だけでは不十分な理由
この研究の中心的な発見は、心理社会的訓練と乗組員の相性スクリーニングを重視する従来のアプローチでは、長期の月面ミッションには不十分であるということだ。研究者らによれば、個人の乗組員特性よりも、ミッション設計パラメータの方が成功のより強力な決定要因である。
Agent_Astronautモデルは、各宇宙飛行士の4つの領域（EVA、科学、工学、飛行運用）にわたるスキルレベル、DISCフレームワーク（主導型、影響型、安定型、慎重型）を用いた性格タイプ、感情対処能力、および対人緊張を組み込んでいる。重要な方程式は、スキル、感情状態、および技術学習因子を組み合わせて、各タスクが完了するかどうかを決定する。
4人の宇宙飛行士による標準的なミッションのベースラインケースでは、乗組員は予定タスクの約20％しか完了していなかった——この研究では「典型的な製造プロセスとしては許容範囲」としながらも、高度なリスクを伴う月面前哨基地としては明らかに不十分であるとしている。この低い完了率は、十分に訓練されたチームでさえ「心理的ストレス要因と環境障害を克服するのに苦労している」ことを示唆している。
シナリオが明らかにしたこと
最も劇的な改善は乗組員数の増加によるものだった。4人から10人に拡大することで、合成タスク負荷指数（TLX）スコアが31％改善され、テストされた全ての変数の中で最大の効果を示した。より大規模な乗組員は、より良いスキル専門化、互換性のある性格の組み合わせの確率向上、および国際宇宙ステーションでの実際の知見を反映した共有メンテナンス負荷を提供する。
乗組員数と物流コストの最適なバランスは6人に落ち着いた。それ以下では、小規模で緊密に結合されたチームの心理的および運用上のペナルティが深刻になる。それ以上では、限界的な利益は減少する一方で、補給要件と居住施設の質量は増加する。
その他の知見：
- 2週間ごとの補給が理想的であり、月1回の補給ではパフォーマンスが著しく低下する
- 6ヶ月のミッションでは、合成TLXスコアが安定していても、時間の経過とともに対処能力が27％低下する
- 基地と月周回ゲートウェイ間の隔週の乗組員交代により、緊張が10％軽減される
- ミッションの最後の3分の1で乗組員が死亡すると、残りのチームのパフォーマンスに測定可能な低下が生じる
「チームは構成員の総和以上のものです」とベレア氏は述べた。「宇宙飛行士だけでなく、チーム全体に注意を払う必要があります。そして、各チームと各宇宙ミッションはユニークです。」
南極のアナログデータに基づいて
モデルの心理的パラメータは、EDEN ISS南極温室ミッションと歴史的な南極探検記録からのデータに対して較正された。これらは、月面基地の隔離、閉鎖環境、および環境ストレスに最も近い地球での類似環境を提供する。モデルにおける緊張レベルは1993年／1994年の南極探検データと密接に一致し、予測に信憑性を与えている。
このモデルには、放射線被曝や微小重力による骨量減少などの生理学的影響はまだ明示的に含まれておらず、月以遠の深宇宙ミッションに影響を与える通信遅延もシミュレートしていない。著者らはこれらの限界を認め、本研究をベンチマーク——NASAの月面基地計画が具体化するにつれて、ますます高度化するシミュレーションの出発点——として位置づけている。
コードはオープンソースであり、GitHub（github.com/rvera-gmu/Lunar-Base-ABM）で公開されており、他の研究者が追加の変数やミッションシナリオでモデルを拡張することができる。
なぜ今これが重要なのか
NASAの月面基地計画は、3段階の構築を構想している：フェーズ1（25回の打ち上げと21回の着陸、約4,000キログラムのペイロード配送）、フェーズ2（27回の打ち上げ、60,000キログラム、半期ごとの有人ミッション）、フェーズ3（29回の打ち上げ、150,000キログラム、継続的な有人駐在）。キャンペーン全体は2026年から少なくとも2036年まで続き、計画された81のミッションを含む。
乗組員数の問題は学術的なものではない。宇宙飛行士が1人増えるごとに、生命維持消耗品、居住空間、および緊急物資の質量が倍増する。4人の最低限ではなく6人の最適な乗組員は、ミッションコストの大幅ではあるが管理可能な増加を意味する——そして、モデルによれば、基地が意図した通りに機能する確率の実質的な改善をもたらす。
「最悪のシナリオは、4人の宇宙飛行士が同時に月にいること、地球と月の間の補給期間がわずか1ヶ月であること、そして中程度から高い adverse な環境確率から構成される」と研究は述べている。研究者らは、優れたミッション設計が、この最悪のシナリオが決してデフォルトにならないようにできると主張している。
本記事は1ban.news — 宇宙デスクが英語から翻訳・編集したものです