佐賀県神埼市で発生した自衛隊のヘリコプター墜落事故、原因究明と再発防止の徹底が必要なのは言うまでもありません。

 「近くに田んぼもあったのに、どうして住宅地だったのか?」「自衛隊員はその種の訓練を徹底しているはずなのに」

 といった指摘のほか、あろうことか被害者に対する匿名の罵詈雑言までネット上には様々な「意見」が見受けられました。

 そこで、こういう「意見」をいちいち珍重すべきかと問われたとき、とんでもないという正気の答えが必要だと思うのです。

 今回の事故は、近隣の自動車教習所の車に搭載されたドライブレコーダーが一部始終を映像で記録しており、その動画(参照=https://www.asahi.com/articles/ASL263GFLL26TTHB00J.html)が報道されているので、ご覧になった方も多いと思います。

 この画像を見て、中学・高校生で習う範囲の物理をごく普通に適用するだけで、明確に分かることがいくつもあります。

 マスメディアが提供する情報を斟酌判断する力を「メディア・リテラシー」と呼び、またとりわけ科学情報を検討する力を「科学リテラシー」などと呼んで、その充実の必要性が叫ばれて久しいですが、このような局面にこそ、冷静で客観的な科学の目が必須不可欠と思います。

 かつて、理論物理学者のリチャード・ファインマン(朝永振一郎博士、ジュリアン・シュヴィンガー博士と共に1965年ノーベル物理学賞受賞)は、彼の最晩年に当たる時期、スペースシャトル・チャレンジャーの爆発事故の原因究明を委嘱されました。

 現場の細々したファクトの収集から始めて、ついに機体の気密を保つ「Oリング」という部品のゆがみと、高空での温度低下による硬化などが重なって、事故が起きたことを突き止めました。

 その端緒は、誰もが目にしていた最初の爆発炎上画像から明らかな予感を得たものでした。誰もが見ている公開情報から、何をどのように考えるかが問われる典型的なケースになっていると思います。

 今回は、物理を修めた一大学教員として、主として中学高校生諸君を想定読者に、メディアが提供する情報を漫然と受身で流すことの無意味さ、と言うよりも危険性を、平易な物理を念頭に、丁寧に説いてみたいと思います。

 「恵方巻」などの話題ではいろいろな匿名子が書き込みしてくれるのですが、私としてはこうした話題にこそ、きちんとしたリアクションが多数あることを期待して、予定稿を前倒しして本稿を準備しました。

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動画から分かること

 まず最初に、公開されている動画(参照=https://www.asahi.com/articles/ASL263GFLL26TTHB00J.html)を注意深く見てみましょう。

 最初、ヘリコプターはごく通常の水平飛行を続けています。それが0分16〜17秒くらいになると、(画面で赤丸が消えた直後)フッと高度が下がるのが見て取れます。

 機体は初め体勢を保持したまま放物線軌道に入り、次いで18秒あたりから、機首を下に向けて放物軌道を落下し始めます。

 21秒あたりで錐もみのような横方向の機体の回転が見られ

 24〜25秒近辺では回転しながら垂直に近い軌道での急降下

 28秒近辺でヘリコプターは地面に墜落してしまいます。

 画像から得られるこれらの情報を、最低限の運動学(「ニュートン力学」以前の運動の記述)のおさらいから始めて、確認検討してみましょう。

 ファインマン同様、こうした検討こそ犠牲者に対する最大の追悼と再発防止の力になると思いますので、内容は平易な計算ばかりですが、確信をもって以下記します。

 オウム真理教事件の再発防止など、二十数年来一貫して、とりわけ東京大学の中ではこうした問題に正面から向き合うようにしています。

 中学高校では「等速運動」を教えます。一定の速度 v で移動する物体が時間 t だけ経過すると距離 S として

S = vt

 だけの距離を移動する。時速60キロで2時間走れば120キロの移動距離といったことで、ごく当たり前の話です。

 次に「等加速度運動」を教えます。これは車のアクセルを踏む状態での運動で、一定の加速度、アクセルですから a として加速を続けると、物体の速度は

v = at

 で直線的に加速していくことになる。このとき走行距離の全体は、速度と時間のグラフなど書けば分かりやすいですが、直線的に加速していく速度の推移を斜辺とみなした直角三角形の面積に等しく

S = (1/2)at2

 と書くことができます。高校で習う算術を使うと、時間 t に関する1次関数を積分して2次の式が出てくる形ですが、ここでは上記の「(2分の1)a×tの2乗」を前提として先に進みましょう。

 ちなみにこういう「公式」を暗記するくらい馬鹿馬鹿しいことはありません。中身のメカニズムを理解していれば、その場で初等的なものは大半を導けます。ここでも三角形の面積と思っていただいて正確な理解ですので、これで先に進めます。

 もう1つ、ここからはニュートン力学の範疇に入ってきますが、私たちが生活している地球の表面上に働く「重力」、つまり地球自身に起因する引力は「重力加速度」としてほぼ一定値としてみなすことができ、重力はグラヴィティですからこれを g と記すなら

g ≒ 9.8 m/毎秒2乗

 という値を取ります。ガリレオがピサの斜塔から錘を落下させると、空気抵抗を無視すれば1秒後には9.8m/s 2秒後には19.6m/s と速度が増していく「等加速度運動」になっている。

 こうした式だけ、中身を考えずにひとまず暗記して試験だけクリアして丸がついても、1週間後には大半を忘れてしまいます。

 実際、毎年新入学の東大生たちにたずねると、受験以後一生関係ないと思っている教科、ハッキリ書くと「嫌いな教科」の内容は、大半を4月の入学時点で忘れていることがよく分かります。

 これでは勉強の意味がありません。文系に進む人が1次試験でせっかく物理を履修したのなら、上に記したような計算は小学生でもできるものです、自分で確かめてみてほしいと思います。

ヘリコプターの飛行原理

 次にヘリコプターが空を飛ぶ原理を簡単に確認してみます。一般的なヘリコプターには、機体の上についているプロペラ=メインローターと、尻尾の方についているプロペラ=テールローター、2つの風車羽根がついています。

 頭上についているメインローターは、空気中で機体を浮かび上がらせるよう回転します。これで発生する、浮かび上がろうとする力を「揚力」と言います。

 ここで、ドラえもんの「竹コプター」が現実には不可能であることを確認しましょう。

 のびたくんの頭につけられた「竹コプター」の羽根のモーターが回転し始めると、のびたくん自身の体には作用―反作用の法則で逆向きの回転力=トルクが働きます。

 つまりフィギュアスケートのスピンみたいにのびた君自身も回ってしまい、それこそ目が回ってのびてしまう。飛行機ではなくコマのような仕儀とあいなってしまう。

 機体がスピンせずに安定し、揚力が適切に働いてヘリコプターが安全航行できるようにするのがテールローターの役割です。

 後ろの方についている小さな翼が、メインローターが機体に与えるのと反対方向の回転力(反トルク、逆トルク)を働かせることで、ヘリコプターは真っ直ぐに浮上することができます。

 うまいことを考えたもので、こうしたヘリコプターの基本技術は第2次世界大戦中の1939年、米国のシコルスキーによって開発されたシステムが42年に米軍に採用されてから、急速に広まりました。

 また、しばしば議論の対象となる「オスプレイ」など、テールローターを欠き、代わりに屋根の上に2つ羽根のついたヘリコプターも見かけられます。

 これは、2つのメインローターに逆向きの回転を与えてトルクを打ち消して浮き上がる仕かけになっています。逆向きの2つの力が働けば、打ち消しあって「合力ゼロ」となり、いま観測している系の中で物体の運動状態は変化しない。

 ニュートンの運動方程式「力は加速度に比例する(その比例定数を慣性質量という)」ことを主張します。

 数式ではしばしば F=ma などと書かれますが、この合力 ΣF=0 であれば加速度 a=0 となって運動状態に変化は観測されない。文字で書くとやや面倒になりますが、これを制御することで、ヘリコプターは空中に静止することすらできるわけです。

 揚力と重力、それに空気抵抗などその他の力が釣り合って合力ゼロになれば、ヘリコプターはホバリング、つまり空中静止することができます。

 また、羽根の角度をコントロールすることで、上下左右、空間の中を自在に飛行あるいは停止することができる。非常に簡単ですが、こんなふうにしてヘリコプターという飛行装置は駆動されています。

 ここまで大急ぎですが、最低限の内容を押さえるようにしました。そのうえで、報道されたヘリコプター墜落のビデオを確認してみましょう。

AIをブラックボックスにしないために
随時検算のリテラシー

 ドライブレコーダーが記録していたヘリコプターが墜落していく軌跡は、当初は大きく見て質点の放物運動に近いもの、つまり中学高校で習う2次関数のグラフに近い航跡と考えられます。

 やがて、空気の抵抗や回転などの影響が大きくなり、より垂直落下に近い中心軌道の周りを錐揉みするような形態に変化するように観られます。

 ヘリコプターの重心運動が、他の項よりも大きな割合を占めていると理解できますから、以下、機体の重心を質点と考えることにして、出来事を検討してみます。

 通常の飛行を続けていたヘリコプターが、突然グンと沈むように見え、続いて自然落下に近い運動が観測されます。ここから機体の浮上を支えるだけの揚力が、16秒時点近辺で突然失われたことが推察されます。

 そこで、空気の抵抗を無視し、機体の鉛直方向の運動を質点で近似して考え、t=18秒から28秒まで10秒間 自由落下したと考えて、t = 10 またg = 9.8m/s2から墜落直前の対地方向速度成分として

v = gt = 98m/毎秒

 これは時速に直すと 毎時約353キロという凄まじい速度で地表面に激突していることが推察されます。

 また自由落下から逆算して飛行高度を h とすると

h = (1/2)g t2=(1/2)×9.8×(10×10)=490(m)

 大まかに高度500メートルほどの高さでヘリコプターが飛行していたことが察せられます。

 時速350キロのすさまじいスピードで落下した巨大なヘリコプターが人家を直撃するとともに、大きな破片が周囲2000〜3000メートルの範囲に飛散している。田んぼとか人家といった「点」で被害を考えるのは本当に妥当なのか?

 実際にはエリア全体に様々な被害が出ており、住民の人身被害が最小限だったのは、全く偶然としか言いようがないことが分かります。

 後に触れる主翼、メインローターは、墜落現場から500メートル離れた場所で発見されています。

 落下中、メインローターが外れていた、という目撃情報もあるとのこと(参照=https://mainichi.jp/articles/20180207/ddm/001/040/193000c)、そこで、そのような観点から改めて動画(参照=https://www.asahi.com/articles/ASL263GFLL26TTHB00J.html)を確認してみると、18秒時点で何らかの黒い棒状のものがヘリコプターよりも先に落下していくような影が確認できます。

 これは23秒付近、画角が大きくなってからは、ヘリコプター本体が左向きに落ちていくのに対して右方向に落下していく影のような形で像を視認することができるかと思います。

 薄い影ですが画面を拡大してみると、明確に落下していく影を確認することができるでしょう。

 ただし「目撃情報」にも様々あり(参照=http://news.livedoor.com/article/detail/14262264/)すべての目撃談を文字通りに受け取れるかと問われれば疑問、やはり記録と証拠から冷静な分析を進めるべきと思います。

 が、何にせよメインローターというのは手裏剣のようなブレード=刃物です。

 これが猛烈な角速度で回転しながら、空中で分解したのか、あるいは墜落地点から反跳したのか、墜落現場から500メートル離れた地点で発見されているわけで、こんなものが住宅地を飛び交ったということ自体に、戦慄するしかありません。

 個々の物証から見て取れる様々なファクト、被害の実際は「想像力」といった言葉でお茶を濁すべきではなく、被害の物理的現実として冷徹に直視すべきものであるように思います。

 実際、5日ほど経って「落下部品、貫通住宅も(参照=http://www.sankei.com/west/news/180211/wst1802110045-n1.html)」といった続報がもたらされました。現象の全体を見通せば、まだまだ被害確認の報が続いて何の不思議でもありません。

 ここで再度、機体の運動に立ち戻りましょう。

 現実には空気の抵抗が存在し、ヘリコプターは質点ではなく形がありますから、落下に伴って操縦席のある前方を下に向けて機体が前転、同時に錐もみの運動が見えることから、落下の途中にも一定の範囲、テールローターが働いていた可能性が推察されます。

 文字で書くと長いですが、普通に物理を学んだ人なら、この程度のことをせいぜい10秒程度あれば、動画から直ちに見て取るはずです。そのうえで、冒頭の「コメント」を検討してみましょう。

 押上にあるスカイツリーは634メートルの高さがありますが、高度500メートルというのはその8割弱の高さ、東京タワーが333メートルですから、その1.5倍ほど、私たち人間にとっては十分に高空と言っていい高さです。

 ここで突然、機体が揚力を失い、平衡を失って落下開始、機体は錐もみ状態で、あえて記すなら洗濯機か乾燥機の中のような状態が10秒弱、時速350キロというリニアモーターカー並みの速度で地面に激突・・・。

 これが、誰もが目にするこの動画から直ちに知れる、この悲惨な事故の過不足ない現実で、動画を一瞥してから暗算に要する時間は、ものの10秒もかかりません。

 果たして、事故翌日には防衛相から「事故はメインローター・ヘッドを交換した直後に起きた(参照=http://www.hazardlab.jp/know/topics/detail/2/3/23689.html)」との事実が明らかにされます。

 さらに事故から3日後には「自衛隊機、回転翼を機体につなぐ部品が飛行中に破損か?(参照=https://www3.nhk.or.jp/news/html/20180208/k10011319971000.html)」という報道が続きました。

 上記リンクは技術を反映しない悪文の報道になっていますが、何にせよ、メインローターを機体に固定する「メインローターヘッド」部品が、飛行中に外れた可能性すらあり、墜落によるのとは異なると思われる破損の仕方で、翼にくっついたまま発見された、という意味内容が報じられています。

 これらの報道内容は、先ほど画像を一瞥して明らかな飛跡からの推測と完全に一致します。

 すなわち、通常飛行中、何らかの理由で「メインローターヘッド」など、主翼関連の部品に異常が発生し、ヘリコプターは揚力を失ってフリーフォールに近い状態となり、約500メートルの高度からたった10秒で墜落してしまった・・・。

 単に受身で情報を流すのでなく、一つひとつ理屈に合った話になっているか、簡単な手計算でも確認できることはいくらでもあるわけで、逐次もたらされる続報を目にして、全体像の中で整合した情報か、おかしな内容を主張していないか・・・。

 もし物事をまじめに考えるのであれば、一つひとつ斟酌しながら確認、正確な議論を進めていかなければ、真相究明にも再発防止にも、何の意味も効力もないのは間違いありません。

 さて、ここで冒頭に引いた「コメント」類を、もう一度見てみましょう。

 「近くに田んぼもあったのに、どうして住宅地だったのか?」「自衛隊員はその種の訓練を徹底しているはずなのに」

 いま、ごく簡単な見積もりをしただけで、こうした感想が、最低限の公開情報すら精査することなく、完全に思考停止したまま発せられたものであるのが、よく分かるるかと思います。

 いったい、たった10秒、しかも凄まじい錐もみ回転で落下している間に、田んぼに向けて着陸するとか、その種の訓練とか、乗組員に何をせよと言うのでしょう。

 明らかに、今回の事故で乗組員は犠牲者であって、機体の安全管理体制が徹底して批判的に再検討されねばなりません。

 ましていわんや被害者に対するネット上の匿名の罵詈雑言に至っては・・・。

 何の前触れもなく突然、たった10秒の間に、新幹線のぞみ号の1.5倍ほどの超高速で、大量の燃料を積んだ何トンもの重さの鉄の塊が自分の家に突っ込んでくることを、過不足なくまじめに理解し、感じ考えたうえで最初の一言を発するべきと思います。

 現に家屋2棟が、真っ黒に焦げた外骨格だけを残して全焼し、家の中にいた小学生は本当に奇跡的に助かっている。

 そういうありのままの状況をきちんと理解したうえで、より詳細な真相究明と絶対的な再発防止、被害者の救済など真摯に取り組まれる必要があります。

 ここで、今後一番あってほしくない流れを1つ記しておきたいと思います。

 公開情報で明確に判断できるものがあるのに「専門家による原因究明を待つ」などとして、結果的に報告される「専門家による調査」を無批判に鵜呑みにすることです。

 日本ではこの病が9割方を占めるわけですが、これだけは避けた方がいい。

 海外には、買い物をするとき、お釣りの計算を自分で暗算しないでレジに任せっぱなしという習慣が少なくありません。一般の日本人には考えにくいことでしょう。1円でも多かったり少なかったりすれば、その場で指摘するのが当たり前のこと。

 でも、こと「専門家の調査」の類になると、相手の出してきたままのお釣りを検算もせずに受け取ってしまう悪弊が極めて普通に大手を振ってまかり通っている。

 目の前にある情報を、ごくごく当たり前の自然法則に照らして、初歩的なモデルでよいので、検算して確かめてみること・・・。買い物でのお釣りと同様、こういった地アタマの働かせ方が、非常に重要です。

 これから入試シーズンになりますが、私たち大学教員の多くは、そのような学生、すなわち、自分の手にしている知の道具を使って、様々な問題を鵜呑みにせず、自ら考え自ら推敲する人材を学窓に招きたいと考えています。

 今後社会には様々な形でAIによるブラックボックス、天下りの結論が大量に齎されるようになります。

 そんなとき、必要な範囲で、何かおかしいぞ、と感じたら、原理から始めてササッと計算し、直感的に変と思う結論が本当に妥当なのか、低い近似の度合いから精度を上げていく概算が非常に役に立つはずです。

 物理屋はこうした計算を「フェルミ算Fermi estimate」などと呼びます。物理は勉強しておいて損にはなりません。つぶしが利きますし、おかしな情報のめくらましに遭いにくくなります。

 AIをデジタルおみくじにしてしまう若い人が目につきますが、危険な兆候と言わねばなりません。

 特に今回のような事故は、二度と繰り返されてはならないものです。AIに限らず、分析と称されるものに対して、自分自身も確かなロジックと方法をもって「検算」しつつ、事実を直視し善後に資する姿勢が重要と思います。

 末尾に、犠牲者の冥福をあらためて心からお祈りします。落下が始まってから何秒後に何が起きたか、その間機内がどんな状態であったか、計算すればするだけ、ただただ言葉を失います。

 そして、それを思えば思うほど、思考を停止したままあれこれ言うのは本当に失礼なことだと感じます。

 きちんと出来事を直視して・・・ですから、取分けこういう局面ではポスト・トゥルースなど言語道断といわねばなりません・・・未来を見据えた建設的な議論と施策に精励してこそ、本当の意味での追悼につながると思います。合掌をもって稿を閉じます。

筆者:伊東 乾