宇宙エレベーター


1： :2014/03/07(金) 17:59:55.54 ID:
　軌道に使われるケーブルを地上と結ばず、両端を宇宙空間に置くことで、高周回軌道へ物体を送り込むコストを40％カットできる

　“蜘蛛の糸”をたどって月へ旅することも可能になるのだろうか？ 人工衛星を静止軌道に運ぶ「部分的な」宇宙エレベーターが、その端緒となるかもしれない。

　軌道に使われるケーブルを地上と結ばず、両端を宇宙空間に置くことで、高周回軌道へ物体を送り込むコスト を40％カットできるという、新たな研究成果が発表された。

　SF界の巨匠、アーサー・C・クラークが1979年に刊行した小説『楽園の泉』に触発され、複数の科学者が、か なり以前から完全版の宇宙エレベーターの構想について研究を続けている。
これは地球の赤道上に位置する地点 から宇宙空間に向けて、月との距離の4分の1ほどの長い軌道を設置するというものだ。
これに対し、今回提言さ れた部分的な宇宙エレベーターは、長さは完全版の半分以下で、地上と直接結ばれている必要もない。

「完全版の宇宙エレベーターと並行して、部分的な宇宙エレベーターについてもさらに検討を進める価値がある のは間違いない」と、宇宙工学者のスティーブン・コーエン（Stephen Cohen）氏は述べている。
コーエン氏は カナダ、モントリオールにあるバーニエー・カレッジの物理学教授で、「The Engineer's Pulse」というブログ の著者でもある。同氏は今回の研究に関わっていない。

　宇宙エレベーターの構想が生まれた背景には、宇宙ロケットのコストが高いという事情がある。物体を通信衛 星や放送衛星に使われる静止軌道に乗せるには、1キログラムあたり約2万5000ドルかかるのが現状だ。

　モントリオールにあるマギル大学の科学者チームは今回の論文の中で、現在の素材には、静止軌道に達する大 がかりな完全版の宇宙エレベーターを実現させるほどの強度はないと述べている。
一方で、規模を大幅に縮小し た部分的なエレベーターであれば、それほど荒唐無稽な話でもないという。

　論文の共著者であるマギル大学のパメラ・ウー（Pamela Woo）氏は、「これを（完全版の）宇宙エレベーター の実現に向けた、最初の足がかりと捉えることもできる」と述べている。
「まずは部分的なエレベーターを作 り、そこから地球に軌道を延ばすことも考えられるだろう」。

>>2
に続く

National Geographic News March 7, 2014
http://www.nationalgeographic.co.jp/smp/news/news_article.php?file_id=20140307003

Acta Astronautica
Energy considerations in the partial space elevator
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576514000708
2： :2014/03/07(金) 18:00:17.79 ID:
>>1
の続き

◆「部分的」宇宙エレベーターの仕組み

　このエレベーターの目的は、人工衛星をこの基部から、地上から4万2164キロという静止軌道の高さにまで運 ぶことにある。仮に建造された場合、
この部分的な宇宙エレベーターは、基部、終端部、テザー（ケーブル）、 エレベーター本体（昇降機）という、4つの要素から構成される。

　基部は低周回軌道に置かれ、その高度は地上から160～2000キロ程度だ。テザーと呼ばれるリボン状で高い強 度を持つケーブルが、基部と静止軌道より上にある終端部を結ぶ。
エレベーターの本体となる昇降機部分は、基 部からテザーをたどって上昇し、積み荷を静止軌道に運ぶ。

◆ロケットと比較した利点は

　今回の研究で、ウー氏と、こちらもマギル大学に所属する共著者のアルン・ミスラ（Arun Misra）氏は、低周 回軌道から静止軌道まで宇宙機を送るために必要なエネルギーを2つの経路について試算した。
1つは、ロケット を用い、機体を直接静止軌道に運ぶ場合で、もう1つは、まず低周回軌道にある基地局まではロケットを使い、 そこからは昇降機で静止軌道に運ぶというものだった。

　その結果、多くのケースで、部分的に宇宙エレベーターを用いた方が、従来型のロケットのみを用いた輸送よ りもはるかに効率が高かった。
「一般的に言って、より長いテザーを用いると、いっそうのエネルギー削減につ ながる」とウー氏は説明する。

　低周回軌道への衛星打ち上げのコストは、静止軌道と比べても低く、1キログラムあたり5000～1万ドル程度 で、これがエネルギー削減にも寄与している。

　さらにコーエン氏によれば、エレベーターを太陽光エネルギーで動かせば、さらにエネルギー効率が上がると いう。
さらに、地上までつながる完全版のエレベーターであれば、ロケットを全く使わなくて済むので、さらな る効率アップが望めるとのことだ。

　国際宇宙エレベーター・コンソーシアムの会長を務めるピーター・スワン（Peter Swan）氏も同意見で、
「ロ ケットを使い続ける限り、高い打ち上げコストに悩まされる理不尽な状況がずっと続くことになる」と指摘して いる。

　今回の研究は、2月22日付で「Acta Astronautica」のオンライン版に掲載された。
122： :2014/03/09(日) 03:16:59.35 ID:
>>2
＞　このエレベーターの目的は、人工衛星をこの基部から、地上から4万2164キロという静止軌道の高さにまで運 ぶことにある。

地上から？　地球中心部までの距離じゃなくて
3： :2014/03/07(金) 18:04:03.30 ID:
ジェット気流の中を通過できるのか疑問
10： :2014/03/07(金) 18:15:56.37 ID:
>>3
ジェット気流の意味を理解してるのかが疑問
ちなみに、大半の奴は、問題ない手法も取れる事を知っている
5： :2014/03/07(金) 18:10:28.20 ID:
ITERみたいに予算とれる器じゃないね
研究者の趣味のレベル
7： :2014/03/07(金) 18:12:07.21 ID:
高高度で起こる謎の発光現象みたいなのはクリアしてんのかね？
11： :2014/03/07(金) 18:17:07.92 ID:
>>7
落雷と呼応して起こる奴だっけ？
低軌道から静止軌道までカーボンナノチューブのテザー曳くなら、この電位差で発電も出来そうだな
てかそんなSFあったなあ、野尻抱介だったっけ
13： :2014/03/07(金) 18:24:34.04 ID:
宇宙ごみに当たるんちゃう？
15： :2014/03/07(金) 18:28:21.70 ID:
>>13
当然当たる。

あと、エレベータの中核構造物以外の構成要素は、本来あるべき軌道速度を無視した速度で軌道を薙ぎ払うことになるから、
交差する衛星と次々衝突することになる。

この問題は、部分型・完全型問わず、軌道エレベータ建設時には、必ず発生する。
34： :2014/03/07(金) 20:34:02.78 ID:
>>15
これ静止軌道に終端があるとすると静止衛星全滅だよなｗ
36： :2014/03/07(金) 20:41:21.20 ID:
>>34
スカイフックは静止軌道より低軌道を周回するから、静止衛星に悪影響を及ぼさない。
その代り、それなりの対地速度で周回することになるので、低軌道の地球観測衛星をダイナミックに全滅させることになるのでは。

実際問題として、完全版だろうと部分だろうと、建設開始前に、衛星もデブリも全て排除する必要がある。

「軌道エレベータを建設するためには、まず衛星やデブリを自由自在に捕獲できる宇宙船が必要」
と言う、まあ本末転倒な矛盾が付きまとうことになるな。
21： :2014/03/07(金) 19:25:26.20 ID:
地球側の基部（高度１６０～２０００ｋｍ）まではロケットで運んで
そこからエレベータで静止軌道（４２１６４ｋｍ）まで運ぶということだな

地球側基部からモノを運び上げれば反作用でエレベータ自体の高度が下がってくると思うんだが
その反作用はどう処理するんだろう？
ロケットで高度を修正したら意味ないよね？？
23： :2014/03/07(金) 19:37:06.96 ID:
>>21
下ってこない
重心が移動するだけ
貨物上昇時にエレベータシャフトを蹴下げた反作用は停止時にシャフトを蹴り上げる事になるので相殺だし
29： :2014/03/07(金) 20:15:48.37 ID:
飛行機が行けるのが２０kmくらい？　さらにそこまでヒモつけて昇降口を下げるわけにはいかんのか
下げられたところで、物を受け渡すのが簡単でなさそうだからダメなのか

というか単に
＞現在の素材には、完全版の宇宙エレベーターを実現させるほどの強度はない
ということか?
40： :2014/03/07(金) 20:59:00.09 ID:
うーん、図解されないと地球側の基部がどうなのかピンとこんな
41： :2014/03/07(金) 21:00:39.47 ID:
この部分軌道エレベーターは一周30分かそこらの低周回軌道速度で回ってて
そこからテザーの遠心力をつかって高周回軌道にペイロードをぶん投げようって仕組み？
44： :2014/03/07(金) 21:05:35.92 ID:
>>40-41
スカイフック型（直立型・自転型）



このニュース
>>1
の構想は、自律型を目指してる？のかな。
47： :2014/03/07(金) 21:23:30.56 ID:
極超音速スカイフックならペイロードあげればあげるだけスカイフックのエネルギーが失われるので
なんらかの方法で加速せねばならんしコストダウンになるのかね
59： :2014/03/07(金) 23:08:58.28 ID:
>>47
スカイフックの類は、エネルギーを稼ぐのにイオンエンジンみたいな
時間はかかるものの比推力の大きいものが使えるので、
ロケットだけで打ち上げるより効率が良くなるらしい。
49： :2014/03/07(金) 21:30:22.99 ID:
赤道上空の静止衛星からケーブル垂らすんじゃいかんの?ええアイデアやと思たんやけど。
50： :2014/03/07(金) 21:45:22.97 ID:
>>49
高度３万６千キロ。地球の直径の３倍の長さに耐えるケーブルが存在しない。
それだけの長さのケーブルを、軌道上に打ち上げられるロケットが存在しない。
静止衛星から下ろしたケーブルには、現在地球を周回しているデブリや衛星が全て衝突するので、事前に排除する必要がある。

そもそも、軌道エレベータ建設に必要な強度の素材が発明されれば、その素材で完全往還機が実現可能。
天体規模の構造物なんか、作る必要が無くなる。
51： :2014/03/07(金) 21:52:24.13 ID:
>>50
デブリも衛星ももともとバラバラの軌道で飛んでいるから
軌道エレベーターが特別衝突確立が高くなるということはない
単純に面積に応じた衝突確立でしかないよ
55： :2014/03/07(金) 22:36:39.24 ID:
>>51
地上の一点に固定された軌道エレベータには、最終的に、静止軌道より下の全ての衛星が衝突する。
75： :2014/03/08(土) 04:35:21.61 ID:
>>51
人工衛星の軌道を描いた画像とか見たことないの？
人工衛星もデブリも、赤道上を中心にして波打った軌道を描きながら地球を周回するから、
最終的には地球周回軌道上にある「全ての」人工物は軌道エレベーターにぶつかることになる。

地球を１回周回するだけなら　　～～～～～～～　こういう一本線になるが、
軌道自体は徐々にズレていって、　～～～～～～～　が重なり合って太い帯状になる

ということは全ての地球周回人工物は赤道上にぽーんと立っているエレベータに遅かれ早かれぶつかることになる
62： :2014/03/07(金) 23:23:43.86 ID:
これは物理的に不可能でしょう、地上に固定されていなければ荷物を何回か
上げたら軌道エレベーターは高度を保てなくなって落っこちてしまいますよ。
126： :2014/03/09(日) 03:39:36.33 ID:
>>62
当然保守調整は必要でしょ　　落ちてきそうなら加速してやればいいだけ
135： :2014/03/09(日) 11:24:09.26 ID:
>>126
うーーん、まぁ、完全な軌道エレベーターを作れるだけの強度を持った素材が
開発されるまで待った方がいいでしょうねぇ(^O^)
137： :2014/03/09(日) 11:43:35.32 ID:
>>135
なんでよ。40%も効率上がるなら、超単純に計算すると、仮に建設費1000億円で
打ち上げ1回100億円としてたった25回、ほんの数年で黒字達成よ？
（研究開発費やら建設費の高騰やらいろいろリスクはあるけど。）
63： :2014/03/08(土) 00:05:27.98 ID:
どうもこのスティーブン・コーエンという宇宙工学者は軌道エレベーターの原理が
理解できていないようですね、そもそも軌道エレベーターというものは地球が自転する
エネルギーを利用する事によって、荷物を宇宙に上げても軌道エレベーターが地上に
落下しないようにしているのであって、軌道エレベーターを地上に固定しなかったら
荷物を何回か宇宙に上げたら軌道エレベーターは運動エネルギーを失って地上に
落下してしまうはずですよ、つまり、地上に固定しない軌道エレベーターなどという物は
物理的に実現不可能なのですよ。
81： :2014/03/08(土) 10:12:08.42 ID:
>>63
それは筆者もわかってるだろ。
重要なのは低軌道にあげられる基部で、これは当然ながら定期的にスラスタで
加速しなければ軌道を維持できないわけだから。
荷物を上げるたびに加速するんだろ
つまりロケットで静止軌道まで運ぶより、燃料と衛星を基部まで運んで
そこからテザーで運んだほうが効率がよいってことだろ
68： :2014/03/08(土) 01:04:53.30 ID:
つまり。これが現実の物になるわけだなｗ

83： :2014/03/08(土) 10:23:36.61 ID:
確かに効率は上がるだろうけど、これだけの物を作るほどじゃないだろ。
それこそ、太陽光パネルで、軌道維持を含めた大半のエネルギーをまかなうとかじゃないと・・
86： :2014/03/08(土) 11:34:44.25 ID:
>>83
極超音速スカイフックは総重量20tもないから、
それ自体の建設費は数百億円程度のはずだよ。

問題はSSTOとかをセットで開発しないとあんまり効率よくないんじゃね？
というところ。もし普通のロケットでも40%も効率が良くなるなら、
経済的にはすぐにペイできる。
88： :2014/03/08(土) 14:07:02.73 ID:
>>86
それじゃ重い荷物運べないんじゃね?
今の衛星は大型だから20トンしかないところに10トンの衛星引っかけたらどうなるかな
90： :2014/03/08(土) 15:28:46.97 ID:
>>88
うん、20t弱ってのは打ち上げ能力が静止軌道1.5t程度の奴だから、
そういう大型のは無理。大型のを上げるのはもっと高い奴になると思われ。
136： :2014/03/09(日) 11:41:46.53 ID:
回転しているバレリーナが閉じていた両手を広げると回転が遅くなるように、
地上に固定された軌道エレベーターを使って荷物を宇宙に持ち上げた場合、
地球の自転速度が遅くなりますが、地球の自転エネルギーは膨大ですので
地上に固定された軌道エレベーターであれば問題になりませんが、地上に
固定されていない軌道エレベーターだと地球から自転エネルギーを得る事が
できませんから何回か荷物を宇宙に持ち上げたら軌道エレベーターはすぐに
重心が静止軌道よりも下になってしまって遠心力よりも重力の方が強くなって
しまいますから地球に落っこちてしまうはずです。
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