教えて!藤井先生-フォーク型テザーの宇宙エレベーター、課題は?

Q.
テザーをフォーク状にした宇宙エレベーターは、テザーが一直線の宇宙エレベーターと比べてどんな課題があるのでしょうか。


A.
まず、使用するテザーの量が多くなりますので、システム全体の質量がテザーの本数を増やせば増やしただけ重くなってしまいます。
そうなると、材料費やロケットの打ち上げコストなど、建設にかかる費用が膨大なものになってしまいます。

また、いろいろな場所にアースポート(駅)を建設すると、宇宙エレベーターのテザーにより、航空機の飛行できる空域が格段に狭くなってしまう、打ち上げる人工衛星や宇宙船の軌道が制限されるなどの問題もあります。

克服しなければならない問題が山積しているので、特に若い皆さんは体力の養成も忘れないで良く勉強して挑戦してください。

教えて藤井先生03


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教えて!藤井先生-地上の交通手段になる?!

Q.
ジャンクションをうまく利用すれば、宇宙エレベーターは宇宙に行くだけでなく、地球の都市間をつなぐ交通手段になる可能性もあるのでしょうか。


A.
もちろん可能です。
現存の交通機関より短時間で目的地に到着できるようになるかもしれません。

ただ、複数のライダーが同一のテザー上にある場合に、テザーがどのような挙動を示すかや、ライダー同士が行き違う場合はどうするのかなど検討しなければならないことはたくさんあります。

駅04-新幹線

図は宇宙エレベーターの一つの応用例として高度300kmのところに新幹線を建設する案です。
応力一定テザーで有名なジェローム・パーソン博士が2008年の宇宙エレベーター講演会で発表しました。
(Jerome Pearson, “Shinkansen in Space”, 20 July 2008 Space Elevator Conference 2008,Seatle, Washington.)

地球を一周する宇宙新幹線の案とは面白いですね。


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教えて!藤井先生-ひとまとめにする場所(ジャンクション)

Q.
もしフォーク状のテザーにするならば、分れたテザーをひとまとめにする場所(ジャンクション)が必要になりますね。どんな場所になるのでしょうか?


A.
 もちろん必要です。ジャンクションを設ける場合、静止軌道上か宇宙エレベーターの先端部周辺に設置することになるでしょう。
また、ジャンクション部の構造を考える必要がありますね。加えて、ジャンクション部には他の箇所よりも大きな力が働くと考えられるのでその対策も必要ですね。


図は144,630km長さのテザーの高度方向張力分布を計算したものです。このテザーは高度によって応力(断面積当たりかかる力)を一定にするため高度によって断面積を変えています。図から静止軌道付近で最も大きな力がかかることが分かります。

ジャンクション

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教えて!藤井先生-どこでも「駅」はできるの?

Q.
「地表近傍のテザーを複数本に分割」とは、フォークの様に上の方(宇宙のほう)は1本、下の方(地表近く)はいくつかに分れた形、ということでしょうか?
また、テザーをフォークのようにするならば、日本だけでなく世界中どこでも宇宙エレベーターの駅を作ることができるということでしょうか?



A.
 いろいろな設計法が考えられるかと思いますが、フォーク型の設計もそのうちの1つです。フォーク型の設計の場合、図に示したように、地球近傍に分割したテザーがひとまとまりになる点があり、そこから、地球各地にテザーを伸ばすことになるでしょう。
駅の建設ですが、緯度の問題で建設できない場所もありますが、地球上の多くの場所で建設が可能です。 むしろ、システムにおいて力の釣り合いをもたせる必要があるので、ある国と国がペアになって宇宙エレベーターの駅を作った方がいいかもしれません。

駅02-フォーク型
↑フォーク型宇宙エレベーターのイメージ図


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教えて!藤井先生―日本に宇宙エレベーターの駅ができるのか

Q.
日本に宇宙エレベーターに乗れる場所(駅)が出来るとうれしいです、できそうですか?
 

A.
物理学的観点からみると、赤道上にアースポート(駅)を建設するのが理想的です。
しかし、地表近傍のテザーを複数本に分割することで、力の釣り合いを持たせるなど工夫すれば、日本に宇宙エレベーターの発着所を作ることも可能です。

地球中心からの距離


図は、宇宙エレベーターを赤道上ではなく、例えば神奈川工科大学がある緯度約35度のところから、質量中心を静止軌道上に置くようにまっすぐ建てた場合の運動の数値シミュレーション結果です。複数本にするともっと安定した形にすることができそうです。


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