宇宙エレベーターはまだ現実から「25年」離れている
2024-08-24
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写真の説明：日本の大林組が設計した宇宙エレベーター
画像説明：英国のウェブサイト「ニュー・サイエンティスト」に掲載された宇宙エレベーターの概念図
特派員チェン・ヤン
昨年公開されたSF映画『流浪の地球2』では、前半のクライマックスは宇宙エレベーター内での激闘でした。実際、2012年にはすでに日本の有名な建設会社である大林組が、2025年に着工し2050年に完成する宇宙エレベーター建設計画を提案していました。締め切りが迫っていますが、プロジェクトの進捗状況はいかがですか？多くの海外メディアが同社や業界の専門家にインタビューし、宇宙エレベーターは現実からはまだ「25年も遠い」ようだと嘆いた。
宇宙エレベーターを建設するにはどのような手順を踏むのでしょうか?
最近の『日本経済新聞』は、大林組グループが高さ634メートルの東京スカイツリーを2012年に完成させた後、宇宙エレベーター建設計画を野心的に提案し、2025年着工、2025年完成を目標に掲げたと報じた。 2050年。しかし、2024年6月の東京国際情報技術展では、宇宙エレベーター計画の開発を担当する大林組技術本部未来技術創造部の渕田康弘氏が「大林組グループ・宇宙エレベーターと石氏は、まだ解決すべき問題が山積しており、建設開始までの道のりは長いと認めた。
報告によると、宇宙エレベーターの最初のアイデアは、「航空宇宙の父」として知られるロシアの科学者コンスタンチン・ツィオルコフスキーによって1895年に提案されました。パリのエッフェル塔にインスピレーションを得た彼は、地上に超高層の塔を建設し、静止軌道に達し、内部のエレベーターに乗って宇宙空間に飛び出すことを構想しました。
それ以来、ツィオルコフスキーのアイデアは何度か変更され、現在、宇宙エレベーターのアイデアは基本的に完成しました。それは、超強力な構造ケーブルを介して宇宙ステーションと地表を接続し、人や貨物を地球との間で簡単に輸送できるというものです。空と大地。大林グループの詳細設計計画は、赤道海上に「アースポート」基地を設立し、異なる軌道高さにある宇宙施設をカーボンナノチューブ素材のケーブルで接続するというものだ。例えば、高度約300キロメートルの地球低軌道には、地球から輸送された人工衛星を軌道上に放出できる「低軌道衛星放出ゲート」が設置され、「静止軌道」が設定される。高度36,000キロメートルの静止軌道上にある「ステーション」は、9万6,000キロメートルの頂上に居住ユニット、実験ユニット、船外実験ユニットなどで構成され、全体のバランスを取るためのカウンターウェイトが設置されています。さらに、高さの異なる重力条件（火星や月と同等の重力）に応じた「火星重力センター」や「月重力センター」などの実験施設も設置されます。大林グループの計画によると、地上から時速約２００キロの「エレベーター」に乗れば、約１週間で静止軌道に到達する。
大林グループは具体的な建設方法まで明確に提案している。まず高度300キロメートルで宇宙エレベーターを建設するための宇宙船を組み立て、次に宇宙船を静止軌道に移動させ、宇宙船からカーボンナノチューブケーブルを下方に放出して地上に接続する。接続して固定し、リフトをケーブルに取り付けます。エレベーターは地上と宇宙の間で資材を往復させ、宇宙ステーションやその他の施設を建設します。 「合計510本のケーブル補強が必要になると試算されており、完了までには合計約20年かかる」と渕田康弘氏は語る。
天と地を結ぶ最も理想的な交通手段
米ウェブサイト「ビジネス・インサイダー」は、宇宙エレベーターは「地球から宇宙への夢の輸送手段」と言えると伝えた。現在、人類が宇宙に進出する際の最大の問題は、従来のロケットでは人や物資を宇宙に送るにはコストが高すぎることです。たとえば、NASA は、アルテミスの 4 つの月探査ミッションにはそれぞれ 41 億ドルの費用がかかると見積もっています。スペースX社の再利用型ロケット「ファルコン9」の現在の最も低い打ち上げコストでも、平均打ち上げコストは1ポンドあたり1,227ドル（1キログラムあたり約2,700ドル）である。なぜなら、従来のロケットで宇宙に進出するには大量の燃料を運ぶ必要があるが、燃料自体が非常に重いため、運ぶ必要がある燃料の量が増えるという悪循環が生じていたからである。建設資材の大規模な輸送が必要な宇宙インフラにとって、従来のロケットのこの欠点は耐え難いものです。対照的に、宇宙エレベーターはロケットも燃料も必要としないため、この欠陥はほぼ完全に回避されます。宇宙エレベーターは通常、電磁技術を利用してリフトに電力を供給するように設計されており、太陽光やマイクロ波技術を利用して遠隔から電力を伝送できるため、燃料が不要になります。
報告書によると、大林集団未来技術創造部が発行した宇宙エレベータープロジェクト報告書には、宇宙エレベーターは1ポンド当たり57ドルまで削減されたコストで貨物を宇宙に輸送できると記載されています。他の機関によると、1 ポンドあたり 227 米ドルと推定されており、従来の打ち上げロケットのコストよりもはるかに低いです。さらに、従来のロケットはフェアリングのサイズによって制限されており、輸送できるペイロードは大きすぎることはできません。宇宙エレベーターには、この点での制限ははるかに小さいです。同時に、エレベーターはロケットよりも低速で動作しますが、振動を軽減できます。これは、敏感な機器を軌道に乗せる場合に非常に重要です。
カーボンナノチューブの製造技術はまだ未熟
『日本経済新聞』は、宇宙エレベーターは、地球と宇宙を結ぶ超長ケーブルを作るために必要な軽くて強い材料が不足しているため、これまで空想段階に止まっていたと伝えました。ケーブルは、ケーブル自体の巨大な重量や宇宙施設によって引き起こされる歪みに耐えられるように、非常に強力である必要があります。計算によれば、鋼などの従来の金属材料の性能は、宇宙エレベーターのケーブルのニーズを満たすには程遠いことがわかっています。リフトとケーブルの間の摩擦によって発生する熱も問題です。真空の宇宙では、熱が放散されにくいのです。
しかし、この状況は 1991 年に変わりました。軽量で高強度のカーボンナノチューブ材料が発見され、それ以来、宇宙エレベーターが実現可能になりました。報告によれば、理論上、カーボン ナノチューブの強度は最大 200 Gpa に達する可能性があり、これは髪の毛よりも細い 200 本のカーボン ナノチューブで車を引き上げることができることを意味します。ポリマーと金属の長所を兼ね備えており、密度は鋼の1/6ですが、弾性率は鋼の5倍、引張強度は鋼の100倍、室温での熱伝導率も優れています。他の金属材料に比べて高い。したがって、カーボン ナノチューブは、宇宙エレベーター用の超高強度ケーブルを製造するのに理想的な材料であると、ダーリン グループでも考えられています。
しかし、大林組の計画によれば、将来の宇宙エレベーターのケーブルは、強度を高めるために複数のカーボンナノチューブを束ねて構成するのではなく、分子と分子がつながった長さ9万6000キロメートルの一本のカーボンナノチューブにする必要があるという。 6月に開催された東京国際情報技術展で担当者は、現状では要件を満たすカーボンナノチューブは1センチメートル未満しか製造できないことを明らかにした。したがって、報告書は、大林グループがケーブル材料としてのカーボンナノチューブの大規模な製造プロセスを依然として研究していることを認めた。
さらなる技術的課題に直面する
アメリカの「Fun Engineering」のウェブサイトでは、宇宙エレベーターは適切なケーブル材料がないことに加えて、他にもさまざまな技術的課題に直面していると述べています。たとえば、宇宙にはスペースデブリがますます増えており、軌道上の宇宙船に対する脅威は増大し続けています。現在、国際宇宙ステーションは主に衝突の可能性を避けるために動作高度を調整していますが、国際宇宙ステーションをはるかに超える質量を持つ宇宙エレベーターの上部構造の場合、その軌道を調整することはさらに困難です。同時に、宇宙エレベーターのケーブルは、スペースデブリの衝突、強い宇宙放射線や激しい温度差、大気中の嵐や落雷などの異常気象による脅威にも直面しています。これらにどう対処するかについては明確な計画はありません。課題。
さらに、宇宙エレベーターの宇宙部分と地上部分を確実に同期させるためには、現在、関連する航空宇宙建設能力を持つ国のほとんどが北半球に位置しています。宇宙エレベーターには、巨大な支持設備と膨大な作業量に加え、近隣の交通条件に対する一定の要件があり、これは大林グループが海上基地の建設場所を選択する際の主な考慮事項でもあります。しかし、「興味深いプロジェクト」のウェブサイトには、海洋気候が大きく変化し、嵐に見舞われる可能性があると同時に、それに関連する安全保障上の課題も大きくなり、海上テロ攻撃に対して脆弱であると記載されています。最後に、関連する建設費は非常に高額であり、大林組チームはその費用が 1 兆円 (約 68 億米ドル) 以上になると見積もっています。
したがって、カナダの物理学者スティーブン・コーエンらは今世紀初頭に、宇宙エレベーターはわずか20～30年で実現する可能性があると楽観的に見積もっていたが、渕田康弘氏は現在、このプロジェクトにはあらゆる関係者の協力が必要であることを認めており、現在も協力を求めていると認めている。 .パートナー。 ▲#ディープグッド記事計画#
