基礎と地下室
軌道エレベーター。研究作品「宇宙エレベーター」宇宙エレベーターとは

軌道エレベーター。研究作品「宇宙エレベーター」宇宙エレベーターとは

(GSO) 遠心力による。ケーブルに沿って上昇し、ペイロードを運びます。上昇する際、地球の自転により荷重が加速され、十分に高い高度で地球の重力を超えて送られるようになります。

ケーブルには、低密度と組み合わせて非常に高い引張強度が必要です。理論計算によれば、カーボンナノチューブが適した材料であると考えられる。ケーブルの製造にそれらが適していると仮定すると、宇宙エレベーターの作成は、高度な開発と技術の使用が必要ではあるものの、解決可能な工学的問題になります。エレベーターの建設費用は 70 億～120 億米ドルと推定されています。 NASAはすでに、ケーブルに沿って独立して移動できるリフトの開発など、米国科学研究所の関連開発に資金を提供している。

デザイン

いくつかの設計オプションがあります。それらのほとんどには、ベース（ベース）、ケーブル（ケーブル）、リフト、カウンターウェイトが含まれています。

ベース

宇宙エレベーターの基部は、ケーブルが取り付けられ、貨物の吊り上げが始まる、惑星の表面上の場所です。移動可能であり、外航船に設置することもできます。

可動基地の利点は、ハリケーンや嵐を回避するための機動を実行できることです。固定ベースの利点は、エネルギー源が安価で入手しやすいこと、およびケーブルの長さを短縮できることです。テザーの数キロメートルの差は比較的小さいですが、テザーの中央部分に必要な厚さと、静止軌道を超えて伸びる部分の長さを減らすのに役立ちます。

ケーブル

ケーブルは、引張強度と比重の比が非常に高い材料で作られている必要があります。グラファイトに匹敵する密度と約65～120ギガパスカルの強度を備えたケーブルを工業規模で手頃な価格で製造できれば、宇宙エレベーターは経済的に正当化されるでしょう。

ちなみに、ほとんどの種類の鋼の強度は約 1 GPa、最も強力な種類でも 5 GPa にすぎず、鋼は重いです。はるかに軽いケブラーの強度は 2.6 ～ 4.1 GPa の範囲であり、石英ファイバーの強度は最大 20 GPa 以上です。ダイヤモンド繊維の理論上の強度はわずかである可能性があります [どれだけの時間？] より高い。

このような繊維を織る技術はまだ初期段階にあります。

一部の科学者によると、たとえカーボンナノチューブであっても、宇宙エレベーターのケーブルを作るのに十分な強度は決して得られないそうです。

シドニー工科大学の科学者らによる実験により、グラフェン紙の作成が可能になりました。サンプルテストでは有望な結果が得られました。材料の密度は鋼鉄の 5 ～ 6 分の 1 であり、引張強度は炭素鋼の 10 倍です。同時に、グラフェンは電流の良導体であるため、連絡バスとしてエレベーターに電力を伝送するために使用できます。

ケーブルを太くする

宇宙エレベーターは少なくとも自重を支えなければなりませんが、その重量はケーブルの長さによってかなりの重量になります。厚くすると、一方ではケーブルの強度が高まり、他方では重量が増加するため、必要な強度が増加します。テザーにかかる負荷は場所によって異なります。テザーの一部の部分が下にあるセグメントの重量に耐えなければならない場合もあれば、テザーの上部を軌道上に保持する遠心力に耐えなければならない場合もあります。この条件を満たし、各点でのケーブルの最適性を達成するために、ケーブルの太さは可変になります。

地球の重力と遠心力を考慮すると (ただし、月と太陽の小さな影響は考慮していません)、高さに応じたケーブルの断面積は次の式で表されることがわかります。

ここでは、ケーブルの断面積を距離の関数として示します。中心地球。

式では次の定数が使用されます。

この方程式は、テザーの厚さが最初に指数関数的に増加し、次に地球半径数個の高度でその成長が減速し、その後一定になり、最終的に静止軌道に到達することを表しています。この後、厚さは再び減少し始めます。

したがって、ケーブルの基部と GSO の断面積の比 ( r= 42,164 km) は次のとおりです。

ここに鉄鋼の密度と強度、地表レベルでのケーブルの直径 1 cm を代入すると、GSO レベルでの直径は数百キロメートルになります。つまり、私たちに馴染みのある鉄鋼やその他の材料は、高層ビルの建設には適していないことを意味します。エレベーター。

したがって、GSO レベルでより適切なケーブルの太さを実現するには 4 つの方法があることがわかります。

もう一つの方法は、エレベーターの基部を可動式にすることです。 100 m/s の速度で移動するだけでも、すでに円周速度が 20% 向上し、ケーブル長が 20 ～ 25% 減少し、50% 以上軽量化されます。超音速の飛行機や列車にケーブルを「固定」すると、ケーブルの質量の増加はパーセンテージではなく、何十倍にもなります（ただし、空気抵抗による損失は考慮されていません）。

カウンターウェイト

カウンタウェイトは 2 つの方法で作成できます。1 つは静止軌道を超えて重い物体 (小惑星、宇宙居住地、宇宙ドックなど) を結び付ける方法、もう 1 つはテザー自体を静止軌道を超えてかなりの距離まで延長する方法です。 2 番目のオプションは、実装が簡単であることに加え、地球に対してかなりの速度があるため、長いケーブルの端から他の惑星に負荷を送信するのが簡単であるため、最近ではより一般的になっています。

角運動量、速度、傾き

ケーブルの各セクションの水平速度は、地球の中心までの距離に比例して高さとともに増加し、静止軌道での最初の脱出速度に達します。したがって、荷物を持ち上げるときは、追加の角運動量 (水平速度) を得る必要があります。

角運動量は地球の自転によって得られます。最初は、リフトはケーブルよりもわずかに遅く移動します (コリオリ効果)。これにより、ケーブルが「減速」され、わずかに西に偏向されます。上昇速度が 200 km/h の場合、ケーブルは 1 度傾きます。非垂直ケーブルの張力の水平成分は荷重を横に引っ張り、荷重を東方向に加速します (図を参照)。これにより、エレベータは追加の速度を獲得します。ニュートンの第 3 法則によると、ケーブルは地球の速度をわずかに遅くします。

同時に、遠心力の影響により、ケーブルはエネルギー的に有利な垂直位置に戻され、安定した平衡状態になります。エレベーターの重心が常に静止軌道上にあれば、エレベーターの速度に関係なく、エレベーターは落下しません。

貨物が GEO に到着するまでに、その角運動量 (水平速度) は貨物を軌道に打ち上げるのに十分な量になります。

負荷を下げると、逆のプロセスが発生し、ケーブルが東に傾きます。

宇宙へ打ち上げる

高度 144,000 km のケーブルの端では、速度の接線方向の成分は 10.93 km/s になります。これは、地球の重力場を離れて土星に向けて船を打ち上げるのに十分な速度です。この物体がテザーの上部に沿って自由に滑ることができれば、太陽系から脱出するのに十分な速度が得られるでしょう。これは、ケーブル (および地球) の総角運動量が発射された物体の速度に変化するために起こります。

さらに高速化するには、ケーブルを長くするか、電磁気を使用して負荷を加速します。

工事

建設は静止ステーションから行われます。ここは宇宙船が着陸できる唯一の場所です。一方の端は重力によって引き伸ばされ、地表に下降します。もう 1 つはバランスを取るため、反対方向にあり、遠心力によって引っ張られます。これは、貨物の目的地に関係なく、建設用のすべての資材を従来の方法で静止軌道に持ち上げる必要があることを意味します。つまり、宇宙エレベーター全体を静止軌道に持ち上げるコストが、プロジェクトの最低価格となります。

宇宙エレベーターの利用による節約

おそらく、宇宙エレベーターは宇宙に荷物を送るコストを大幅に削減すると考えられます。宇宙エレベーターは建設費がかかりますが、運用コストは低いため、非常に大量の貨物を長期間にわたって使用するのに最適です。現在、打ち上げ荷物の市場はエレベーターの建設を正当化できるほど大きくないかもしれませんが、価格の劇的な低下により、荷物の種類はさらに増えるはずです。高速道路や鉄道などの他の交通インフラも同様に正当化されます。

宇宙エレベーターが投資した資金を回収するのか、それともロケット技術の更なる発展に投資したほうが良いのか、という疑問に対する答えはまだ出ていません。

静止軌道上の中継衛星の数の制限を忘れてはなりません。現在、国際協定では、K u 周波数帯域で放送する際の干渉を避けるために、角度ごとに 1 つの中継衛星、つまり 360 個の衛星が許可されています。 C 周波数の場合、衛星の数は 180 に制限されます。

この状況は、このプロジェクトの本当の商業的失敗を説明している。なぜなら、非政府組織の主な財務コストは、静止軌道（テレビ、通信）または低軌道（全地球測位システム、天然資源観測など）を占有する中継衛星に集中しているからである。。

ただし、エレベーターはハイブリッドプロジェクトになる可能性があり、軌道上に貨物を運ぶ機能に加えて、輸送に関係しない他の研究や商業プログラムの拠点としても機能します。

業績

2005 年以来、NASA の支援を受けて Spaceward Foundation が主催する宇宙エレベーターゲームコンテストが米国で毎年開催されています。このコンテストには「最優秀ケーブル賞」と「最優秀ロボット（リフト）賞」の2部門があります。

リフト競技では、垂直ケーブルをルールで定められた速度以上で登って一定距離を乗り越えなければなりません（2007年大会の基準はケーブル長100m、最低速度2メートルでした） MS）。 2007 年の最高の結果は、平均速度 1.8 m/s で 100 m の距離をカバーしたことでした。

2009 年の宇宙エレベーターゲームコンテストの賞金総額は 400 万ドルでした。

ロープの強度を競う競技では、参加者は重さ 2 グラム以下の頑丈な素材で作られた 2 メートルのリングを用意しなければならず、特別な設置により破断テストが行われます。競争に勝つには、ケーブルの強度が、NASA がすでに入手可能なサンプルより少なくとも 50% 大きくなければなりません。これまでのところ、最高の結果は、最大 0.72 トンの荷重に耐えたケーブルに属します。

この競争には、2018年に宇宙エレベーターを打ち上げるとの主張で悪名を馳せたリフトポート・グループは含まれていない（その後2031年に延期された）。リフトポートは独自の実験を行っており、たとえば 2006 年にはロボットリフトが風船の助けを借りて張られた強力なロープを登りました。全長 1.5 キロのうち、リフトが到達できたのはわずか 460 メートルでした。同社は2012年8月から9月にかけて、Kickstarterウェブサイトでリフトの新たな実験のための資金を集めるプロジェクトを立ち上げた。回収量に応じてロボットを2キロ以上持ち上げる予定だ。

スペースエレベーターゲーム大会では、2009 年 11 月 4 日から 11 月 6 日まで、スペースワード財団と NASA が主催し、南カリフォルニアの有名なエドワーズ空軍基地の敷地内にあるドライデン飛行研究センターで開催されました。ケーブルの試験長は900メートルで、ケーブルはヘリコプターを使用して吊り上げられた。 LaserMotive が主導権を握り、要求速度に非常に近い 3.95 m/s の速度で揚力を実現しました。エレベーターは 3 分 49 秒でケーブル全長をカバーし、積載重量は 0.4 kg でした。。

同様のプロジェクト

衛星を軌道に打ち上げるためにテザーを使用するプロジェクトは宇宙エレベーターだけではありません。そのようなプロジェクトの 1 つが Orbital Skyhook です。スカイフックは、地球低軌道にあり、中央部分を中心に高速回転する宇宙エレベーターと比べて、それほど長くないテザーを使用します。このため、ケーブルの一端は地球に対して比較的低速で移動し、極超音速航空機からの荷重をケーブルから吊り下げることができます。同時に、スカイフックのデザインは、トルクと運動エネルギーの蓄積装置である巨大なフライホイールのように機能します。 Skyhook プロジェクトの利点は、既存のテクノロジーを使用して実現できることです。欠点は、スカイフックは衛星を打ち上げるためにその動きからエネルギーを使用するため、このエネルギーを何らかの方法で補充する必要があることです。

さまざまな作品に登場する宇宙エレベーター

1972 年のソ連映画『宇宙のペトカ』では、主人公が宇宙エレベーターを発明します。
アーサー・C・クラークの有名な作品の1つである「天国の泉」は、宇宙エレベーターのアイデアに基づいています。さらに、彼の有名な四部作『宇宙の旅』（3001年最後の旅）の最終章には宇宙エレベーターが登場します。
スタートレック: ボイジャーエピソード 3x19「上昇」では、宇宙エレベーターが乗組員を危険な雰囲気に満ちた惑星から脱出させるのに役立ちます。
シヴィライゼーション IV には宇宙エレベーターがあります。そこで彼は後の「偉大な奇跡」の一人です。
ティモシー・ザーンの SF 小説『スピナレット』（1985 年）には、超繊維を生産できる惑星について言及されています。地球に興味のある種族の 1 つは、特に宇宙エレベーターの建設のためにこのファイバーを入手したいと考えていました。
フランク・シェッツィングの SF 小説『リミット』では、宇宙エレベーターが近未来の政治的陰謀の中心として機能します。
セルゲイ・ルキャネンコの二部作『星は冷たいおもちゃ』では、地球外文明の一つが星間交易の過程で、宇宙エレベーターの建設に使用できる頑丈な糸を地球に届けました。しかし、地球外文明は、出産時の補助という本来の目的のためにのみそれらを使用することを主張しました。
J. スカルツィ著の SF 小説「Destined to Victory」 (英語) では、 スカルツィ、ジョン。老人の戦争）宇宙エレベーターシステムは、地球、多数の地球上の植民地、および他の高度に発達した知的種族のいくつかの惑星で、星間船の桟橋との通信のために積極的に使用されています。
アレクサンダー・グロモフのSF小説「トゥモロー・ウィル・ビー・エターニティ」では、宇宙エレベーターの存在という事実を中心にプロットが構築されています。ソースとレシーバーという 2 つの装置があり、「エネルギービーム」を使用してエレベーターの「キャビン」を軌道上に上昇させることができます。
アラステア・レイノルズの SF 小説「アビスシティ」では、宇宙エレベーターの構造と機能が詳細に説明され、（テロ攻撃の結果として）宇宙エレベーターが破壊される過程が説明されています。
テリー・プラチェットの SF 小説『ストラタ』には、宇宙エレベーターとして使用される非常に長い人工分子、ラインが登場します。
グループZvuki Muの曲「天国へのエレベーター」で言及されています。
『ソニックカラーズ』ゲームの冒頭では、ソニックとテイルスが宇宙エレベーターに乗ってドクター・エッグマンのパークに行く様子が見られます。
アレクサンダー・ゾーリヒの著書『夢遊病者2』（エスノジェネシス・シリーズ）では、主人公マトヴェイ・グミリョフ（代理人格を植え付けた後、同志アルファの個人パイロットであり「スター・ファイターズ」のトップであるマスキム・ヴェルホフツェフ）が軌道エレベーターで旅行する。
SF作家アレクサンダー・グロモフの物語『スネーク』では、登場人物たちは月から地球への「途中」で宇宙エレベーターを利用します。
ジョージ R. マーティンの一連の SF 小説「タフの旅」では、惑星「サトレム」で、軌道エレベーターが宇宙港のような設備を備えた小惑星につながっています。

マンガやアニメでは

アニメ「江戸電脳都市」の第3話では、軌道上の極低温バンクへの上昇に宇宙エレベーターが使用されました。
バトルエンジェルにはサイクロプス型の宇宙エレベーターがあり、その一端には天空都市セイラム (市民用) と下層都市 (非市民用) があり、もう一方の端には宇宙都市イェルがあります。同様の構造が地球の反対側にもあります。
アニメ『機動戦士ガンダム00』では、3基の宇宙エレベーターにリング状のソーラーパネルが取り付けられており、宇宙エレベーターを発電に利用することができます。
アニメ『Z.O.E.』ドロレスには宇宙エレベーターが登場し、テロ攻撃が起こった場合に何が起こるかも示しています。
宇宙エレベーターについてはアニメ『トリニティ・ブラッド』で言及されており、アーク宇宙船はカウンターウェイトとして機能します。

こちらも参照

宇宙エレベーター: 2010 （英語）ロシア

ノート

文学

ユーリ・アルツタノフ「宇宙へ - 電気機関車に乗って」、1960年7月31日付新聞「コムソモリスカヤ・プラウダ」。
アレクサンダー・ボロンキン「非ロケット宇宙打ち上げと飛行」、エルゼビア、2006 年、488 ページ。

多くの人は、人々がどのようにして神のようになろうとし、天と同じくらい高い塔を建てることにしたのかという聖書の話を知っています。主は怒って、民全員に異なる言語を話させたので、建設は中止されました。

これが真実かどうかを判断するのは難しいですが、数千年後、人類は再びスーパータワーの建設の可能性について考えました。結局のところ、高さ数万キロメートルの構造物を構築できれば、宇宙に貨物を運ぶコストをほぼ 1,000 分の 1 に削減できるのです。宇宙は、遠く離れた、到達不可能なものではなくなるでしょう。

親愛なる空間

宇宙エレベーターの概念は、ロシアの偉大な科学者コンスタンチン・ツィオルコフスキーによって最初に検討されました。彼は、高さ 40,000 キロメートルの塔を建てれば、地球の遠心力が構造全体を保持し、落下を防ぐだろうと仮定しました。

一見すると、このアイデアはマニロビズムから遠く離れた匂いがしますが、論理的に考えてみましょう。現在、ロケットの重量のほとんどは燃料であり、その燃料は地球の重力に打ち勝つために費やされます。もちろん、これは発売価格にも影響します。 1キログラムのペイロードを地球低軌道に運ぶ費用は約2万ドルだ。

したがって、親族が ISS の宇宙飛行士にジャムを贈るとき、これが世界で最も高価なごちそうであることは間違いありません。英国女王ですらこれを買う余裕はありません。

NASAはシャトル1機の打ち上げに5億ドルから7億ドルの費用をかけた。アメリカ経済の問題により、NASAの経営陣はスペースシャトル計画を中止し、ISSへの貨物輸送機能を民間企業に委託することを余儀なくされた。

経済的な問題に加えて、政治的な問題もあります。ウクライナ問題をめぐる意見の相違により、西側諸国はロシアに対して多くの制裁や制限を導入している。残念なことに、それらは宇宙飛行における協力にも影響を及ぼしました。 NASAは米国政府から、ISSを除くすべての共同プロジェクトを凍結する命令を受けた。これに対し、ドミトリー・ロゴジン副首相は、ロシアは2020年以降のISS計画への参加には関心がなく、月への恒久的な科学基地の設立や火星への有人飛行など、他の目標や目的に切り替える意向であると述べた。

おそらく、ロシアは中国、インド、そしておそらくブラジルと協力してこれを行うだろう。注目すべきは、ロシアはすでにこのプロジェクトの作業を完了しようとしており、西側の制裁は単にこのプロセスを加速させただけであるということである。

このような壮大な計画にもかかわらず、地球の大気圏を越えて貨物を輸送するためのより効率的で安価な方法が開発されない限り、すべてが机上の空論にとどまる可能性があります。同じISSの建設には総額1000億ドル以上が費やされました。月にステーションを作るのにどれだけの「緑」が必要になるかを想像するのは恐ろしいです。

宇宙エレベーターはこの問題の完璧な解決策となる可能性があります。エレベーターが稼働すれば、輸送コストは1キログラム当たり2ドルまで下がる可能性がある。しかし、最初にそれを構築する方法について徹底的に頭を悩ませる必要があります。

安全範囲

1959 年、レニングラードの技術者ユーリ・ニコラエヴィチ・アルツタノフは、宇宙エレベーターの最初の実用バージョンを開発しました。地球の重力の関係でエレベーターを下から上に建設することは不可能であるため、彼はその逆、つまり上から下に建設することを提案しました。これを行うには、特別な衛星を静止軌道 (約 36,000 キロメートル) に打ち上げる必要があり、そこで地球の赤道上の特定の点の上に位置する必要がありました。次に、衛星上でケーブルの組み立てを開始し、惑星の表面に向かって徐々にケーブルを下げます。衛星自体も釣り合いおもりの役割を果たし、ケーブルを常に緊張状態に保ちました。

1960 年にコムソモリスカヤプラウダ紙がアルツタノフのインタビューを掲載したことで、一般の人々がこの考えを詳しく知ることができました。このインタビューは西側メディアにも掲載され、その後全世界が「エレベーター熱」にさらされた。 SF 作家は特に熱心にバラ色の未来像を描きましたが、それに欠かせないのが宇宙エレベーターです。

エレベーターの建設の可能性を研究している専門家全員が、この計画の実現に対する主な障害は、ケーブルに十分な強度の材料が不足していることであることに同意しています。計算によると、この仮想材料は 120 ギガパスカル、つまり 120 ギガパスカルの電圧に耐える必要があります。 1平方メートルあたり10万キロ以上！

鋼の強度は約 2 ギガパスカルで、特に強力なオプションの場合は最大 5 ギガパスカル、石英ファイバーの場合は 20 ギガパスカルをわずかに超えます。これは単に恐ろしく低いです。永遠の疑問が生じます：何をすべきか？ナノテクノロジーを開発します。エレベータケーブルの役割として最も有望な候補はカーボンナノチューブかもしれない。計算によると、その強度は最小の120ギガパスカルよりもはるかに高いはずです。

これまでのところ、最も強いサンプルは 52 ギガパスカルの応力に耐えることができましたが、他のほとんどの場合、30 ～ 50 ギガパスカルの範囲で破断しました。南カリフォルニア大学の専門家たちは、長期にわたる研究と実験の過程で前代未聞の結果を達成することに成功しました。彼らの真空管は 98.9 ギガパスカルの電圧に耐えることができました。

残念ながら、これは一度限りの成功であり、カーボンナノチューブには別の重大な問題があります。トリノ工科大学の科学者ニコラス・プーニョ氏は、残念な結論に達した。カーボンチューブの構造内の原子が 1 つずれただけでも、特定の領域の強度が 30% 急激に低下する可能性があることがわかりました。そして、これまでに得られた最長のナノチューブサンプルがわずか2センチメートルであるという事実にもかかわらず、これはすべてです。そして、ケーブルの長さがほぼ40,000キロメートルに達する必要があるという事実を考慮すると、その作業はまったく不可能に思えます。

瓦礫と嵐

もう一つの非常に深刻な問題は、スペースデブリに関連しています。人類が地球低軌道に定住したとき、最も好きな娯楽の 1 つである、生命活動の産物を周囲の空間に散らかすことを始めました。当初、私たちはこのことについて特に心配していませんでした。「結局のところ、宇宙は無限です！ -私たちは推論しました。「紙切れを捨てれば、紙は広大な宇宙を探索し続けるでしょう！」

ここで私たちは間違いを犯しました。航空機の破片や残骸はすべて、強力な重力場に捕らえられ、地球の周りを永遠に周回する運命にあります。これらのジャンクの 1 つがケーブルに衝突した場合に何が起こるかをエンジニアが理解するのは必要ありません。したがって、世界中の何千人もの研究者が、地球近くの埋立地をなくす問題について頭を悩ませています。

地表にあるエレベーターの基部の状況も完全には明らかになっていない。当初は静止衛星との同期を確保するために赤道に静止基地を作る計画だった。しかし、ハリケーンの風やその他の自然災害によるエレベーターへの悪影響は避けられません。

そこで、嵐を操縦して「回避」できる浮遊プラットフォームに基地を取り付けるというアイデアが思いつきました。しかしこの場合、軌道上およびプラットフォーム上のオペレーターは、すべての動作を外科的精度と絶対的な同期で実行することを強いられます。そうしないと、構造全体が地獄に落ちてしまいます。

あごを上げてください！

スターへの茨の道にはあらゆる困難や障害が横たわっているにもかかわらず、私たちは鼻を下げて、間違いなくこのユニークなプロジェクトを後回しにするべきではありません。宇宙エレベーターは贅沢品ではなく、極めて重要なものです。

それがなければ、近宇宙への植民地化は非常に労働集約的で費用のかかる取り組みとなり、何年もかかる可能性があります。もちろん、反重力技術を開発するという提案はありますが、これはあまりにも遠い見通しであり、エレベーターは今後 20 ～ 30 年以内に必要になります。

エレベーターは荷物の上げ下げだけでなく「メガスリング」としても必要です。その助けを借りれば、船の加速に使用できたはずの貴重な燃料を大量に費やすことなく、宇宙船を惑星間空間に打ち上げることができる。特に興味深いのは、エレベーターを使用して地球から有害廃棄物を浄化するというアイデアです。

原子力発電所からの使用済み核燃料を密閉したカプセルに入れて、太陽に向けて直接火を送ることができるとします。そのような鼻くそを燃やすのは簡単なことです。

しかし、奇妙なことに、そのようなアイデアの実現は、むしろ経済学や科学の問題ではなく、政治の問題です。私たちは真実に直面する必要があります。このような壮大なプロジェクトに単独で対処できる国は世界中に一つもありません。国際協力なしにはどうしようもありません。

まず第一に、米国、欧州連合、中国、日本、インド、ブラジル、そしてもちろんロシアの参加が重要です。したがって、どう考えても、交渉のテーブルに座り、平和のパイプを吸わなければなりません。したがって、皆さん、一緒に生きましょう、そうすればすべてがうまくいきます！

アディレット・ウライモフ

宇宙エレベーターの建設はすでに私たちのエンジニアリング能力の範囲内にありますが、残念なことに、この構造に対する情熱は最近沈静化しています。その理由は、科学者たちが、必要な強度のカーボンナノチューブを工業規模で製造する技術をまだ獲得できていないためである。

ロケットを使わずに貨物を軌道に打ち上げるというアイデアは、理論宇宙飛行学の創設者であるコンスタンチン・エドゥアルドヴィッチ・ツィオルコフスキーによって提案されました。彼はパリで見たエッフェル塔にインスピレーションを得て、巨大な塔の形をした宇宙エレベーターのビジョンを説明しました。その頂上はちょうど地心軌道上にあるでしょう。

エレベーターのタワーは圧縮を防ぐ強力な材料に基づいていますが、宇宙エレベーターの現代のアイデアでは、依然として引張強度が必要なケーブルを備えたバージョンが考慮されています。このアイデアは、1959 年に別のロシアの科学者、ユーリ・ニコラエヴィッチ・アルツタノフによって初めて提案されました。ケーブルの形で宇宙エレベーターに関する詳細な計算を行った最初の科学的著作は 1975 年に出版され、1979 年にアーサー C. クラークが著書『楽園の泉』でこの計算を普及させました。

ナノチューブは現在、最も強度の高い材料として認識されており、静止衛星から伸びるケーブルの形でエレベーターを構築するのに適した唯一の材料であると認識されているが、実験室で得られるナノチューブの強度は、計算された強度に達するにはまだ十分ではない。

理論的には、ナノチューブの強度は 120 GPa 以上であるはずですが、実際には、単層ナノチューブの最高伸びは 52 GPa であり、平均して 30 ～ 50 GPa の範囲で破断します。宇宙エレベーターには、65～120GPaの強度を持つ材料が必要です。

昨年末、アメリカ最大のドキュメンタリー映画祭であるドックNYCは、NASA X賞コンペティションの参加者を含む米国の技術者による宇宙エレベーター建設の試みを描いた映画『スカイライン』を上映した。

この映画の主人公はブラッドリー・エドワーズとマイケル・レーンです。エドワーズは、1998 年から宇宙エレベーターのアイデアに取り組んでいる天体物理学者です。レーンは起業家であり、カーボンナノチューブの商業利用を推進する会社である LiftPort の創設者です。

90 年代後半から 2000 年代初頭にかけて、NASA から助成金を受け取ったエドワーズは、宇宙エレベーターのアイデアを集中的に開発し、プロジェクトのあらゆる側面を計算して評価しました。彼のすべての計算は、ケーブルに十分な強度のファイバーが現れさえすれば、このアイデアが実現可能であることを示しています。

エドワーズはエレベータープロジェクトへの資金提供を求めるために一時的に LiftPort と提携しましたが、社内の意見の相違により、プロジェクトは実現しませんでした。 LiftPort は 2007 年に閉鎖されましたが、その 1 年前には、一部の技術の概念実証の一環として、気球に吊り下げられた長さ 1 マイルの垂直ケーブルをロボットが登る実証に成功していました。

再利用可能なロケットに集中したそのプライベートスペースは、近い将来、宇宙エレベーターの開発に完全に取って代わられる可能性があります。同氏によると、宇宙エレベーターが魅力的なのは、軌道上に貨物を運ぶためのより安価な方法が提供されるからであり、再利用可能なロケットはまさにこの配送コストを削減するために開発されているという。

エドワーズ氏は、このアイデアが停滞しているのは、プロジェクトに対する実際のサポートが不足しているためだと考えています。「これは、世界中に散らばる何百人もの人々が趣味として開発しているプロジェクトの様子です。真の支援と集中管理が行われない限り、重大な進歩はありません。」

日本における宇宙エレベーターの構想の発展状況は異なります。この国はロボット工学分野の発展で有名であり、日本の物理学者飯島澄雄はナノチューブ分野の先駆者とみなされています。宇宙エレベーターのアイデアは、ここではほぼ全国的なものです。

日本の大林組は、2050年までに作業用宇宙エレベーターを納入すると約束している。同社の最高経営責任者、石川洋司氏は、既存のナノチューブ技術を改善するために民間請負業者や地元の大学と協力していると述べた。

石川氏は、同社はプロジェクトの複雑さは理解しているが、その実施に根本的な障害は見当たらないと述べた。彼はまた、日本における宇宙エレベーターのアイデアの人気は、過去数十年の困難な経済状況を背景に、人々を団結させる何らかの国家的アイデアの必要性によって引き起こされていると考えています。

石川氏は、この規模のアイデアは国際協力によってのみ実現できる可能性が高いが、日本における宇宙エレベーターの人気の高さから、日本がその機関車となる可能性は十分にあると確信している。

一方、カナダの宇宙・防衛企業トート・テクノロジーは昨年夏、自社バージョンの宇宙エレベーターに関して米国特許第9,085,897号を取得した。より正確に言うと、このコンセプトには、圧縮ガスのおかげで剛性を維持するタワーの建設が含まれます。

タワーは貨物を高さ 20 km まで届ける必要があり、そこから従来のロケットを使用して軌道上に貨物が打ち上げられます。同社の計算によれば、この中間オプションはロケットに比べて燃料を最大 30% 節約できるという。

理論計算によれば、適切な材料であると思われる。ケーブルの製造にそれらが適していると仮定すると、宇宙エレベーターの作成は、高度な開発と技術の使用が必要ではあるものの、解決可能な工学的問題になります。 NASAはすでに、ケーブルに沿って独立して移動できるリフトの開発など、米国科学研究所の関連開発に資金を提供している。おそらく、この方法は将来的には打ち上げロケットを使用するよりも桁違いに安くなる可能性があります。

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