2011年2月24日掲載

2011年1月号(通巻262号)

ホーム > InfoComモバイル通信T&S >
InfoComモバイル通信T&S

※この記事は、会員サービス「InfoComモバイル通信ニューズレター」より一部を無料で公開しているものです。

コラム〜ICT雑感〜

「はやぶさの帰還」あるいは「ダメージコントロール」
〜兵器・インフラ・経済における「防御」の考え方

[tweet] 

「はやぶさ」と「ゼロ戦」─「性能」と「信頼性」のトレードオフの系譜

「かの人を我に語れ ムーサよ トロイアの神聖な城を落せし後 流浪に明け暮れた かの男を」(ホメロス)

 昨年の宇宙探査機「はやぶさ」の帰還は、まさに劇(ドラマ)的な感動を多くの人に与えた。特にカプセルを投下して使命を全うし、満天の星空を背景に光り輝きながら燃え尽きていく最後の姿に思わず涙ぐんだ人も多いと聞く。筆者もその一人であるが、その後、報道や書籍、講演で語られた幾多の危機を乗り越えた関係者の知恵や創意工夫の苦労話を知るにつれ感銘を新にした。

 そうした艱難辛苦の長き航海からの帰還というホメロスの「オデッセイア」のような「はやぶさ」の物語の中で、もっとも印象的なエピソードは、すべてのエンジンが故障し絶望的な状況に陥ったとき、こんなこともあろうかと、ある技術者が機体重量の制約から当初の設計ではなかった、別々のエンジンの個々の構成機器を交差につなぐバイパスダイオードを打ち上げ直前に工夫して密かに取り付けていたために、危機を乗り越えたというエピソードである。このオデッセウスのような機転に喝采を送る一方で、「軽量化のために設計ではバイパスダイオードは省略されていた」とういう事実は、日米欧の「性能」と「信頼性」の間の設計思想の違いの歴史を改めて思い起こさせた。

 「はやぶさ」という名前は、さっと舞い降りて獲物を捕らえ飛び立つ様子が似ていることから名付けられたそうだが、向かう小惑星「イトカワ」の名前のもとになった、戦時中、日本のロケット開発の父といわれる糸川英夫博士が設計に携わった旧日本陸軍の代表的戦闘機「隼」にちなんだのだという説もあった。この戦闘機「隼」からすぐに想起されるのは、海軍側の代表的戦闘機である零式艦上戦闘機いわゆる「ゼロ戦」である。

 ゼロ戦は航空母艦の艦載戦闘機として、太平洋戦争初期、高速、重武装、優れた格闘性能、長大な航続距離により、連合国の戦闘機を圧倒したが、限られたエンジン馬力の中でこれら性能を可能にしたのは機体骨格に多くの肉抜き穴を開けたり、沈頭鋲を機体全面にふすなど細部に至るまで徹底した「軽量化」であった。しかし、限られた出力のエンジンで、軽量化だけで、攻撃力、航続距離、防御力のすべてを満たすことは困難である。ゼロ戦の場合も、徹底した軽量化による機動性の向上を重視した開発のため、米国機には装備されていた装甲板・防弾燃料タンク・防弾ガラス・自動消火装置などが搭載されておらず、防御力では米国機に劣っていた。また軽量化により機体強度が低く、急降下制限速度が低いとか、穴あけなどの工数が多いため生産性の低さがあげられている。

 限られた出力のエンジンで最大限の性能を発揮するため極限まで軽量化され、そのため防御力を犠牲にした零戦に対し、戦争中期に登場しゼロ戦を圧倒した米国のグラマンF6F戦闘機はゼロ戦の倍の大出力のエンジンにより余裕のある設計がなされ、速度や武装でもゼロ戦をうわまわっていたほか、頑丈で防御力も強力であった。両者の防御力の差を物語るエピソードとしては、ある空中戦におい  て、発射した弾丸200発でゼロ戦を3機打ち落としたF6Fは、同じ200発の弾を浴びて穴だらけになりながらも、母艦に帰りついたという。運動性においてはまだゼロ戦を下回っていたものの(ただし、頑丈な機体と高速にものをいわせた一撃離脱戦法でゼロ戦の得意な格闘戦を回避するなどの戦法で対応できた。)、頑丈でかつ生産しやすく、癖がなく未熟なパイロットにも扱いやすい操縦性も備えていたことから、大量生産・大量運用が可能で、機数の上でもパイロットの数でも日本を圧倒することとなった。

防御に対する考え方の日米比較:
「攻撃力優先」「完全防御」「ダメージコントロール」

 ゼロ戦とF6Fの場合は、防御力を犠牲にしてまでのせっかくの軽量化努力もエンジン出力の差に敗れた形だが、エンジン出力に差がない場合、防御力を犠牲にするかどうかに日米の設計思想の違いがよく現れている。この点を日米航空母艦の設計を例にさらにみてみよう。この場合も限られたエンジン出力、その裏返しとしての船の重量が制限される。そこには防御に対する3つの考え方がみられる。

 ―番目は、防御力は犠牲にして、スピードや武装など攻撃力を最大限に高めて、そもそも被弾しない、やられる前に敵をやる「攻撃は最大の防御」という、ゼロ戦にみられたような「攻撃力優先」の考え方である。空母の場合、攻撃力は艦載機(数)である。軽量化により搭載機を増やすため、飛行甲板(格納庫の天井でもある)は木製で無防備であるが、多くの直衛機により敵の航空機が空母に近づく前に撃ち落としてしまうから、被弾することはないという発想である。

 しかしながらミッドウェイ海戦時、日本空母群は、直衛機のスキをついた米国艦載機の奇襲を受け、飛行甲板に数発の爆弾を落とされただけで、その下の格納庫の出撃間際の爆弾や燃料を満載した艦載機が誘爆を起こし全滅した。

 二番目は、攻撃力をある程度犠牲にしても、重装甲を付し、被弾しても被害を発生させないとするという「完全防御」の考え方である。大戦中に新たに建造された日本の空母「大鳳」は、ミッドウェイ海戦の教訓から、爆弾を落とされても、はじきかえせるよう飛行甲板を木製から厚い鋼板に替え、その下の格納庫を装甲区画にしたが、船の重量が増えたことから艦載機の数は2/3に減った。被弾しても被害をうけることはないという発想である。

 しかしながら、この重装甲空母は、魚雷を一本受けただけで、燃料タンクから漏れ出たガスが、密閉格納庫に充満し大爆発を起こして沈没した。

 三番面は、「ダメージコントロール」という考え方である。「ダメージコントロール(damage control)」とは、物理的な攻撃・衝撃を受けた際のダメージや被害を必要最小限に留める被害事後対策を指し、具体的にはハードウェアの冗長性と緊急対応時マニュアルなどのソフトウェアからなる。被弾によるある程度の損害の発生は避けられないが、最重要部は保護され、最悪でも致命傷(この場合は沈没)には至らしめず、復旧修理が可能とういう発想である。

 大戦中に新たに建造された米国のエセックス型空母は、艦載機の数(攻撃力)を維持するため、損害がでるのは覚悟して、従来どおり飛行甲板は修理の容易な木製のまま残すが、その下の格納庫は開放区画として内で爆発がおきても、爆風を外へ逃し被害を軽減するような設計にする一方、エンジン室や弾薬庫など最重要部分は、格納庫の下の言わば金庫のような完全装甲の防御区画(船底は三層構造)に納めていた。さらに艦内のあらゆるシステムを水道管にいたるまで重複させ、また各機器にはバックアップと豊富な交換部品が用意されていた。例えば、4軸のスクリューを動かすための8つボイラーと4つエンジンは、すべて独立に運転可能ですべてが交差接続できるようになっており、一台のエンジン、一台のボイラーしか動かなくなっても航行が可能であった。

 この結果、戦争末期、沖縄沖で特攻機の攻撃を受けて、飛行甲板を貫いた爆弾が破裂して格納庫の搭載機の爆弾や燃料が誘爆するというミッドウェイ海戦時の日本空母と同じように沈没が必至とされる程の大きな損害を受けながらも、エンジン室などの最重要な部分は生き残った結果、エセックス型空母「バンカーヒル」は沈没することなく、自力で戦線を無事離脱して帰還することができた。

「性能」と「信頼性」の両立としての「ダメージコントロール」

 こうした兵器における防御の考えをシステム一般の場合に置き換えてみると、「攻撃力」はシステムの「性能」、「防御力」は、システムを構成する個々の構成機器が故障しないという「信頼性」であり、「ダメージコントロール」は、構成機器の結合(系)の「冗長性」といえるだろう。

 今回のはやぶさの場合、「ゼロ戦」の場合と同様、打ち上げロケット(国産のM−Vロケット)の打ち上げ重量能力の制約と、燃費のよいが推力の小さいイオンエンジン採用のため、銅線をアルミ線にボルトをチタン製にするなど徹底した軽量化が図られた。一方、軽量化の制約のため、イオンエンジンの冗長性対策には、予備として一基エンジン増設したものの、エンジンは個別には制御できない設計となっていた。実際には予備も含め四つのエンジンすべてが故障するという想定外の事態が発生したわけであるが、実は設計にはなかった、別々のエンジンの中和器とイオン源の間をつなぐバイパスダイオードを入れておいたおかげで、生き残っていた機器同士の交差接続による連動運転により危機を乗り越えることができたのである。

 しかし、今回、金星周回軌道への投入に失敗した探査機「あかつき」のエンジントラブルの原因となった逆流防止弁は、他の部品より信頼性が高かったこともあって、軽量化のため予備系統を設けていなかった。一方、欧米の探査機は、信頼性を優先し、予備システムをもたせた、「はやぶさ」や「あかつき」の2倍の1トンを超える機体が主流という。

 高い「性能」達成のため、エンジンの馬力不足を軽量化で克服しようとし、軽量化のため冗長性を省略するという日本の設計思想と、「信頼性」を最優先して、そのため高い馬力のエンジンを開発する欧米の設計思想の違いは、このように70年前のゼロ戦の昔から変わっていないように思われる。日本の設計思想は予算の少なさとそれによる研究蓄積の浅さによる技術の遅れの中で成果を目指さざるを得ない苦肉の策である面は否めない。もっとも「必要は発明の母」の言葉のごとく、制約がかえって創意工夫を促し、今回の「はやぶさ」のように、新型イオンエンジンなどの競争相手の先をいく新た  な技術や、小惑星からのサンプルリターンという大きな成果が生まれることも歴史上多いのであるが。

「ALL電化社会」のダメージコントロール:
統合インフラシステムのダメージコントロール

 ネットワークの原初形は、利用者相互をすべてつなぐ「メッシュ型」や「グリッド型」の網である。 こうした形の網は迂回ルートを多数もつという意味では「信頼性」は高いものの、「効率性」は悪い(コスト高)。そのため各種のネットワーク網は、一般に中継網とアクセス網からなる「ハブアンドスポーク型」網にすることにより「効率化」が図られている。一方、この型の網では設備を共用するハブ部分と中継網部分が「信頼性」への弱点となる。そのため通信なり、電力なり、水道なりのインフラネットワークは、個々のハブ設備を耐震設計にするなど頑丈にする一方で(信頼性)災害対策として中継ルートが二重化、ループ化されている。しかしながら二重化していると安心していたら、川を渡る際に二つのルートのケーブルが両方とも同じ橋の上を走っていたという笑えない話もあった。艦内のあらゆるシステムを二重化していた空母バンカーヒルでも、完全装甲防御区画へ通じる2つの換気ダクトが船体中央部に寄り添って並んで配置されていたため、攻撃によりその船体中央部で火災が生じると、有害な煙が密閉された防御区画に蔓延し多くの死者が出た。また、中継ルートは二重化されていても末端へのアクセスラインは二重化されていないのが普通である。最寄りの交換局や配電施設、給水所やアクセスケーブル等が被災するとその地域のネットワークは途絶してしまう。ともあれ各種インフラネットワークは、ダメージコントロールを踏まえた設計になっていると言えよう。

 しかし各種インフラネットワーク間の接続、特に電力ネットワーク(動力源)との接続の問題がある。各種インフラは、その最後の家庭における消費の用途において、住み分け部分がある。例えば、従来は、ガスは調理や風呂に、灯油は暖房に用いられ、電力は明かりやTVなど家電に使われてきた。固定電話機は局(非常用の自家発電機を備えている)からの電力供給でいわば家庭用電源からは独立していた。この複数のエネルギー源が、ある意味ライフラインのリスク分散になってきていたともいえる。しかしいまやこの棲み分けは電力に統合されつつある。従来なら停電時には、マッチでガスは使えたのだが、今では電気で点火する仕掛けで風呂も沸かせない。さらに調理も空調もすべて電気でおこなうALL電化住宅というのも登場している。水道においても高層マンションなどの給水ポンプも動かしているのは電気である。通信インフラにおける固定と携帯の関係は、アクセスラインの二重化ともとらえられるが、固定通信も光ファイバーにすると、従来の銅線の時と違って電話局から電気は送られないから停電時は通話や通信ができない。携帯電話も充電できず電池が切れたら終わりである。昨年の北朝鮮による延坪島への砲撃の際も、送電施設に被害が出た結果、停電により非常用自家発電装置を備えない携帯基地局は、電地も切れて、通信の途絶があったと伝えられる。

 プラグイン電気自動車の普及も近いと言われ、社会全体のエネルギーインフラが電力に一本化される「ALL電化社会」が近づいている。「ALL電化社会」では、停電になったらすべてのライフラインが止まることを意味する。船のボイラーとエンジンとスクリューから構成される船の推進システムのように、「ALL電化社会」では電力網や他のインフラ網をパーツとする一体の「統合インフラシステム」としてダメージコントロールを考えなければならない。被災対策として電力ネットワークと他インフラネットワーク間の社会全体としての効率的な多重接続の在り方の検討が必要だろう。さらにライフラインという重要性を考えれば、大規模ビルや病院などと違い、電力の二重化が無い大抵の家庭においては、安価な自家発電装置や大容量蓄電装置の設置など端末側のバックアップも必要となるだろう。スマートグリッド(グリッドという名前は付いていても網のハード構成をグリッド型にするわけではない)は、専ら省エネ・効率化の観点から語られるけれども、災害時のダメージコントロールの観点からも検討されるべきでなかろうか。

「市場経済システム」のダメージコントロール:
「効率性」と「社会的公正」の両立

「人類の政治の課題は、経済的効率、社会的公正、個人の自由の3つを組み合わせることにある」(J.M.ケインズ)

 「ダメージコントロール」という考え方は、市場経済システムでも当てはまる。その場合「性能」とは「効率性」であり、「信頼性」は「社会的公正」である。
規制を無くし(「個人の自由」)、すべて市場競争にまかせれば経済活動の「効率化」と最適な資源配分(完全均衡)が実現するという市場原理主義は、人々の経済的格差を広げ、資本主義システムへの人々の信頼を失わせ、システム自体を危うくする「社会的公正」の問題を軽視しているという意味で、あるいは客観確率でリスク回避があたかも可能になるような金融工学の考え方は、ゼロ戦のような「攻撃力優先」の設計にあたるし、逆に社会的公正(無格差)を優先して、「効率性」「個人の自由(発展の活力)」を犠牲にする社会主義計画経済や事前規制主義の考え方は、重装甲により被害を生じさせないという「完全防御」の考えにあたる。そして「ダメージコントロール」は、「将来」は、確率の意味ではなく、予測不可能という意味で「不確実性」である以上、資本主義経済は基本的に不安定であるからバブルや不況の発生は防げないものとして、平時は規制を緩和し市場競争を促進して効率性を優先するものの、経済危機が発生しても市場システム全体への影響を最小限にして早期の復旧を可能にする制度や仕組みを事前に用意しておくという考え方である。

 かつての世界大恐況の経験から学び、リーマンショックに際しては、流動性供給や財政出動など各国当局の国際的かつ迅速な政策協調がかなりうまく進んだが、こうした経済政策はいわばダメージコントロールのおけるソフトウェア(災害復旧活動)的側面である。一方、最重要部分の隔離、二重化や交差接続のようなダメージコントロールのハードウェアという意味での、非常時を想定した事前の制度や仕組み(経済の根幹をなす金融システムの防御のための証券業と銀行業の分離や、市場機能停止状況下の金融商品の公正価値測定方法など)の不十分さが明らかになったのも今回の金融危機の教訓であった。

 ICTの発展による「情報収集力の拡大と取引の高速化」、「金融工学における客観確率による予測の合理化」は、市場取引の効率化をもたらす一方で、相場予想(主観確率)・投資行動の画一化を招いた。投資家が、同じ情報に基づき、同じ予測判断をするようになった結果、取引の売り買いいずれか一方への取引集中が生じるようになり相場の振幅を増幅した。このことが、リーマンショックの一因と考えられる(金融危機のICT的側面)。従って、投資資金の各種市場横断かつグローバルな徘  徊による局地バブルの発生は今後も避けられないと考えられ、バブル崩壊の影響の他市場、他地域への拡大を抑え被害の最小化と早期の回復を可能にする、最悪でも市場経済システムの根幹は守る、ダメージコントロールの考えに基づいた制度の整備の必要性は、ますます高まっている。

 またこうした経済全体のレベルだけでなく産業政策や企業レベルの分野にもダメージコントロール 制度の考え方が必要である。たとえば、諸外国で行われた携帯電話の電波の周波数への入札制度では、値段が高騰し通信業者の財務の大きな重荷となった例がみられたが、社会的共通希少資源に対する入札制度においては、取得対価に見合う想定した成果が上げられずに落札企業が立ち行かなくなったりあるいは財務上の制約から新たな技術の導入が遅れるなどの事態が将来発生するとそれは社会全体のダメージとなる。政策当局は、そうした可能性を極力小さくするための入札条件規制などの入札制度設計のほか、将来が不確実なゆえ入札価格のオーバーシュートやアンダーシュートが発生する可能性を排除できない以上、社会全体としてのダメージコントロールの仕組み・制度も考えるべきであろう。

結び

 このようにシステムや制度の設計における「ダメージコントロール」の考え方は、将来は予測できないという「不確実性」を前提としたうえで、「効率化」と「信頼性」のバランスを取り、システム全体としての成果を最大化する、最も有効な考え方と思われる。

 ともあれ、「はやぶさ」の持ち帰ったものは、小惑星の砂粒だけではない。天文学や工学技術上の成果に加え、「はやぶさの帰還」の物語が示唆するものは少なくないのである。

「旅人が 山腹より谷間に持ち帰るものは 一握りの土くれ 言葉で言い表せないもの ではなくて ひとつの獲得された純粋な言葉 青や黄色のリンドウの花だ」(R.M.リルケ)

経営研究グループ部長 市丸 博之

▲このページのトップへ
InfoComニューズレター
Copyright© 情報通信総合研究所. 当サイト内に掲載されたすべての内容について、無断転載、複製、複写、盗用を禁じます。
InfoComニューズレターを書籍・雑誌等でご紹介いただく場合は、あらかじめ編集室へご連絡ください。