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低重力航空機とは、宇宙飛行士の訓練、研究活動、無重力状態での映画撮影などのために、短時間ながらほぼ無重力状態を提供する固定翼航空機の一種である。
このような飛行機のバージョンはNASAの低重力研究プログラムによって運用され[ 1 ] 、現在も欧州宇宙機関の有人宇宙飛行およびロボット探査プログラムによって運用されている。その運用を体験した人々の間では「嘔吐彗星」という非公式のニックネームが広まった[ 2 ] 。
無重力状態をシミュレートする方法としての放物線飛行は、1950年にドイツの航空宇宙エンジニアであるフリッツ・ハーバーと彼の兄弟で物理学者のハインツ・ハーバーによって初めて提案されました。 [ 3 ] 2人とも第二次世界大戦後、ペーパークリップ作戦の一環として米国に派遣されました。[ 4 ]また、王世春はNASAのために宇宙飛行士の吐き気を研究し、それが嘔吐彗星の開発につながりました。[ 5 ]
放物線飛行は、生物に対する無重力の影響を調べるために用いられることがある。乗客は圧倒的に人間が多いが、動物が実験に用いられることもあり、例えば、無重力が飼い猫の姿勢回復反射に及ぼす影響を調べた実験[ 6 ]や、ハトが無重力状態で方向転換を試みる実験[ 7 ]などが挙げられる。
この航空機は、自由落下中に物体が自然にたどる放物線軌道を飛行することで、搭乗者に無重力感を与えます。[ 8 ]この航空機は、宇宙飛行士に地球を周回するとはどういうことかを実演するためにこのように使用されます。この間、航空機は内容物を航空機に対して静止させるために地上反力を加える必要がないため、無重力感が生じます。
最初は、航空機はピッチ角約45度で上昇します。無重力感は、推力を減らし、機首を下げて中立、つまり「ゼロ揚力」の状態を維持することによって得られます。これにより、航空機は空気抵抗のない自由落下物体がたどるのと同じ経路をたどります。エンジンの推力は、抗力を正確に相殺するために使用されます。無重力状態は、航空機がこの放物線軌道をたどり始める時点、つまり航空機が上昇しているときに始まります。それは上昇の残りの部分と降下段階まで続き、航空機が引き上げる必要があるとき、通常は下向きのピッチ角が約30度に達するまで続きます。その後、航空機は引き上げてこの操作を繰り返します。この引き上げの間、感じる力は重力の約2倍です。このサイクルを繰り返すことができます。[ 9 ]
この航空機は、宇宙飛行士に無重力操縦の訓練を行うために使用され、各放物線飛行で65秒間の飛行のうち約25秒間の無重力状態を与えます。このような訓練中、この飛行機は通常40～60回の放物線飛行を行います。乗客の約3分の2は、これらの飛行で乗り物酔いによる吐き気を催すため、[ 10 ] [ 11 ]この飛行機は「嘔吐彗星」というあだ名が付けられています。
カナダ宇宙庁とカナダ国立研究評議会は、微小重力研究にファルコン20を使用している。 [ 12 ]この小型飛行機は通常、人が自由に浮遊して無重力を体験するためには使用されないが、コメディアンのリック・マーサーは自身の番組の一場面でそれを行った。[ 13 ]
ラテンアメリカで初めて就航した無重力飛行機は、エクアドル民間宇宙庁とエクアドル空軍が2008年5月から運用しているT-39セイバーライナー（愛称CONDOR）である。[ 14 ] 2008年6月19日、この飛行機は7歳の少年を乗せ、微小重力飛行を行った最年少者としてギネス世界記録を樹立した。[ 15 ]
1984 年以来、ESAとCNES は、NASA の KC-135、カラベル、イリューシン Il-76MDK、ゼロ Gとして知られるエアバス A300など、さまざまな航空機で低重力ミッションを実施してきました。2014 年に、A300 はより近代的なエアバス A310 (こちらもゼロ Gと呼ばれています)に置き換えられました。[ 16 ]フランスのボルドー・メリニャック空港を拠点とし、ノブスペースが運営しており、パリ・ル・ブルジェ空港やスイスのデューベンドルフ空軍基地からも飛行しています。 [ 17 ] 1997 年以来、CNES の子会社であるノブスペースがこれらの飛行の管理を担当しています。[ 18 ]
このA310 Zero G航空機は、運航会社NovespaceとAvico社がAir Zero Gブランドで提携し、一般乗客向けの商業フライトにも使用されています。 [ 19 ]また、この航空機は映画撮影にも使用されており、2017年にはトム・クルーズとアナベル・ウォーリスが『ハムナプトラ』の撮影を行いました。 [ 20 ]
ロシアでは、イリューシン Il-76MDKジェット機による商業便が運航されており、いくつかの米国企業がこれらのジェット機の便を予約している。[ 21 ]
NASAは長年にわたり、さまざまな航空機で無重力飛行を行ってきた。1959年には、マーキュリー計画の宇宙飛行士が「嘔吐彗星」と呼ばれたC-131サマリタン機で訓練を行った。 [ 23 ]
2機のKC-135ストラトタンカーは2004年12月まで使用され、その後退役しました。1機はKC-135A、登録番号N930NA（NASA 930としても知られ、以前は米空軍のシリアル番号59-1481）で、1973年にNASAが取得してから1995年に退役するまでに58,000回以上の放物線飛行を行いました。現在はジョンソン宇宙センター近くのエリントン・フィールドに展示されています。もう1機（N931NAまたはNASA 931、以前は空軍のシリアル番号63-7998）は、映画「アポロ13」の無重力シーンの撮影にユニバーサル・ピクチャーズとイマジン・エンターテインメントによっても使用されました。2004年10月29日に最後の飛行を行い、現在はアリゾナ州ツーソンのピマ航空宇宙博物館に永久保存されています。
2005年、NASAはこれらの航空機を、かつてKLMオランダ航空とアメリカ海軍が所有していたマクドネル・ダグラスC-9BスカイトレインII（N932NA）に置き換えた。[ 24 ]
NASAは、航空機の技術的な問題により、2014年7月に低重力研究プログラムを終了し、運用を停止した。現在は民間企業との契約によって代替されている。
2015年現在NASAはゼログラビティコーポレーション（ZERO-G）と微小重力サービス契約を結び、改造したボーイング727-200である同社の航空機G-FORCE ONEを使用した。[ 25 ]
2004年後半、ゼロ・グラビティ・コーポレーションは、ボーイング727型機を使用して、米国で初めて一般向けに無重力飛行を提供する企業となった。各飛行は、月や火星の重力レベルのシミュレーションや完全な無重力状態を含む、約15回の放物線飛行で構成されている。[ 21 ]
2015年、Integrated Spaceflight Servicesは、カナダ国立研究評議会の研究および教育の統合者として米国市場向けにサービスを開始し、改造されたファルコン20航空機で包括的な低重力サービスを提供しました。[ 26 ] ISSは、 Project PoSSUMで宇宙服やその他の技術を評価するために、毎年微小重力研究キャンペーンを実施しています。[ 27 ]
フロリダ州オールズマーにあるオーロラ・エアロスペース社は、富士/ロックウェル・コマンダー700を使用して無重力飛行を提供しています。これは月や火星の重力をシミュレートするためにも使用されます。[ 28 ]
元低重力研究プログラム所長のジョン・ヤニエック氏によると、乗客の乗り物酔いの主な原因は不安だという。身体へのストレスがパニックを引き起こし、その結果、乗客は嘔吐してしまう。ヤニエック氏は乗客について、「3分の1が激しく気分が悪くなり、次の3分の1が中程度に気分が悪くなり、残りの3分の1は全く気分が悪くならない」と大まかに推定している。嘔吐は「気分が悪くなる」と表現される。[ 10 ]
1995年の映画『アポロ13』では、NASAのKC-135パラボラ機に搭乗して多くのシーンが撮影された。
2016年、ロックバンドOK Goは、無重力飛行機内でシングル「 Upside Down & Inside Out 」のミュージックビデオを撮影し、無重力環境のために特別に作られたアクロバティックな振り付けを取り入れた。[ 30 ]
アダルトエンターテイメント制作会社プライベートメディアグループは、無重力状態での性交シーンを低重力航空機内で撮影した「天王星実験：パート2」というポルノ映画を制作した。撮影プロセスは、技術的にも物流的にも非常に困難だった。予算の制約により、シルビア・セイントとニック・ラングが出演する20秒のシーンが1つしか撮影できなかった。 [ 31 ]プライベートメディアグループの社長兼CEOであるバース・ミルトン・ジュニアは2000年に「飛行機に乗るのが怖くないのは確かだ！」と語った。[ 32 ]
ZERO-G社は、人気番組「MythBusters」のNASA月面着陸陰謀論のエピソードに登場し、アダム・サベージとジェイミー・ハイネマンを乗せて、月の重力を再現する特製の飛行経路を飛行させた。これにより、サベージはニール・アームストロングが月面を歩く映像を再現することができ、映像が捏造されたという主張を覆すことができた。
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