Japanese Translation:

水運送コストが重量を超過する金を上回る高額で、頻回のシャトル輸送を必要とした時代を経て、国際宇宙ステーション (ISS) は内部の貯蔵量を大幅に確保した。2008 年の水処理装置 (WPA) の搭載により、ステーションは廃水の 80% を以上再循環できるようになったが、これは閉鎖循環システムへの依存度を高めるとともに、2010 年時点で脆弱性を浮き彫りにした。ヒューストンに帰還したサンプルの分析の結果、過剰な総有機炭素量が発見され、後にジメチルシランジオール (DMSD) と同定された。この汚染物質は、共通のキャビン内物品（ヘアケア製品や化粧品など）に含まれるシリコーン類を宇宙放射線が分解することで生成される。生成された DMSD の“スパイク”によりフィルターが詰まり、熱交換器などの重要な機器に損傷が生じた（熱交換器は年間ごとに重機を回収する必要がある）という事態に至った。また実験用のサバチエ反応器も影響を受けた。活性炭フィルターでの対策を試みたところ、一時的にカビのブレイクスルーを引き起こし、その結果 2015 年にハイブリッド型フィルターシステムが搭載された。この危機は、将来の深宇宙探査において教訓として示す重要な点であり、閉鎖循環生命維持システムがいかに脆弱であるかを浮き彫りにした。微小な空気 borne 汚染物質でも、本質的な再循環インフラを深刻に撹乱させ、地上の分析装置そのものを汚染する可能性があることを示している。

国際宇宙ステーション（ISS）における「シリコーン問題」の歴史と教訓

背景：水リサイクルシステムの誕生

初期の課題: ISS の初期段階では、生命維持に必要な水を航天穿梭機（スペースシャトル）から運ぶ必要があり、そのコストは重量に応じた多大な金額でした。
状況の改善: 2005 年までに地球から約9,000 kgの水が輸送されましたが、軌道上では処理待機のため7,000 kgもの尿が貯蔵タンクに蓄積していました。
画期的な装置: 2008 年 11 月、水処理組立装置（WPA）が発進し、「宇宙人の尿を煮沸して再利用する」という夢を実現しました。
- 水の再利用率は**45% から 80%**に向上。
- 軌道上有人環境での初の本格的水リサイクルが達成されました。

トータル・オーガニック・カーボン（TOC）の異常値と謎の汚染物質

問題の発覚: 2010 年 6 月、WPA 運転から約 13 ヶ月後に、乗組員の飲料水中で**総有機炭素（TOC）**が異常に高値を示すようになりました。
- TOC は汚染物質を特定できない非特異的な指標ですが、「汚染が存在する」警告となります。
- NASA はホルムアルデヒド混入などの最悪シナリオを想定し、安全基準を3 ppmに設定していました。
深刻化: 夏季には週次トレンドで濃度が上昇し続け、12 月に閾値を超える恐れが現実となりました。
- 地上へ帰還させるか、新たな補給を送り上げるかの選択を迫られました。
分析の困難さ: 当時、ISS に分析化学の運用規程が存在せず（現在もなし）、未知の物質は軌道から持ち帰り得ません。
- 試料はソユーズカプセルで地球へ搬送され、ヒューストンの「食品・水分析研究所」で解析されました。
- 特定の汚染物質が見つからないという不思議な状況が続きました。

正体：ジメチルシラノール（DMSD）の発見

物質の同定: ミシシッピ州ボイング社のチームが新しい参照ライブラリを用いて同定し、正体は**ジメチルシラノール（Dimethylsilanediol: DMSD）**であることが判明しました。
- シリコーン結合を含むケミカルファミリー「シリコーン」に分類される分子です。
シリコーンの特性と普及:
- 特性: 安価、安定性があり、毒性低く反応性が低いことで広く使われています。
- 用途: 滑らかな感触を得るため（化粧品、コンタクトレンズ、包装材等）や工業用潤滑油として多用されます。
ISS での状況: シリコーンは ISS の生命維持システムにおいて、「無実の登場人物」のように潜伏し、誰からも殺害者（原因）と疑われないままに問題を引き起こしました。

ガスクロマトグラフによる汚染と対応の転換

機器の誤動作: NASA は初期に DMSD が有機炭素値の上昇を引き起こすと確認しましたが、測定機器自体が汚染されていたことが発覚しました。
- 高価なガスクロマトグラフ・質量分析計（GC-MS）は、配管内壁に使われていたシリコーンによって汚染されていました。
- 装置内の DMSD が管壁に溶解・滞留し、すべての測定結果を偽装しました。
- 結局、3 つの機器を廃棄する事態となりました。
リスクの評価: NASA は初期に汚染規模を過小評価していましたが、後にはシリコーン汚染は「重大な異常」から**「予測可能な現象」**へ転じました。
- シリコーン問題自体を ISS の功績の一つとして捉える視点も生まれました。

シリコーンの発生源と循環プロセス

主な発生源: ISS 上のシリコーン蒸気は、以下の製品から毎日約1.5 グラムが大気中に揮発しています。
- 制汗剤（デオドラント）
- ウェットティッシュ
- ローション
- ヘアコンディショナー（トリートメント入り）
循環メカニズム:
1. 宇宙線の影響で分解され、水に極めて溶解性の高いジオール（DMSD）へ変化。
2. 水蒸留器に蓄積し、処理チェーンを経て最終的に飲料水システムに流入。
バッファリング現象:
- DMSD は化学反応性が低く、ろ過ベッドのイオン交換媒に強く結合せず、他の物質と置換されやすい特性があります。
- ろ過媒体が飽和すると一度に放出されるため、TOC 濃度で**急激な上昇（スパート）**が生じ、その後急速に低下するという特徴的なパターンを示します。

経済的・技術的影響と対策の進化

莫大なコスト: シリコーンは ISS に多大な費用を要しました。
- 毎年、重量 50 kg、寿命 3 年の交換用多重ろ過ベッド（Multifiltration Beds）を地球から打ち上げる必要がありました。
- シリコーンがカプリン熱交換器の親水性コーティングを劣化させるため、それを修復するための搬送コストもかさみました。
化学的性質上の難しさ:
- シリコーンの高反応性の低さ（無反応性）により、ろ過フィルターやイオン交換器を通り抜けてしまいます。
- 触媒ベッドや熱交換器上に堆積すると層を形成し、機能を完全に停止させてしまいます。
対策の経緯:
1. 空気相捕獲へ転換: 水供給系に入る前にシリコーン蒸気を捕捉することに焦点を当てました。
2. フィルターの試行錯誤:
  - 2015 年：活性炭フィルターへの置き換えを試みましたが、**カビの発生（ブレイクアウト）**を引き起こしました。
  - ハイブリッド型への移行: 現在は「半分活性炭 + 半分 HEPA」の複合フィルターを使用し、カビ抑制とシリコーン捕獲のバランスを図っています。
3. 根本対策: 熱交換器の保護ろ過システムの検討と、発生源レベルでの削減に着手しています。

火星ミッションへの教訓：未知（Unknown Unknowns）

火星任務との比較:
- ISS での問題発生から 10 ヶ月後に火星へ到達するスケジュールは、有機炭素上昇のタイミングと重なります。
- 火星での DMSD イオントリートが再開されると、再び TOC 濃度が急上昇し、飲料水を受け入れるか撤退するかの選択を迫られる可能性があります。
「未知の未知」の危険性:
- シリコーン問題は日常的で具体的な問題ですが、**「評価されていないリスク」**を示す良き教材となります。
- 火星ミッションのような低マージンの環境では、小さな不具合が積み重なり深刻な過失や人命に関わる状況へ発展するリスクがあります。
分析機器の限界:
- 機載型の質量分析計がない場合、シリコーンピークの同定が困難です。
- 配管内に DMSD が溶解していると、すべての測定データに偽信号が入り、原因究明が不可能となります。

結論：複雑な生命維持システムの現実

解決の難しさ: シリコーン問題は、放射線、微量汚染物質、表面コーティング、カビ増殖、寸法制約、音響制限など、多様な要因が絡み合う複雑系を示しています。
- 地上では再現できない宇宙空間特有の環境条件（イオン化放射など）も関係します。
最終的な妥協: 「問題を完全に解決」するのではなく、「緩やかに緩和」するハイブリッド対策を採用せざるを得なかった事例です。
- これは生命維持エンジニアの日常であり、「すべての要素が自己相互作用する」という事実を如実に示しています。
シラコーンという物質: 狡猾で無害に見えるこの物質こそが、宇宙船の耐熱タイル接着剤の硬化を妨げるなど、悪質なトラブルを引き起こしました。

シリコーンエーテル事件