応力一定断面テザー-宇宙エレベーター特別教室(4)

断面積一定にした場合は、最大応力は約68Gpa(ギガパスカル)となり宇宙エレベーターの建造は理想的な材料、カーボンナノチューブ(CNT)でやっと建設できそうなことが分かりました。

しかし、断面積一定のテザーでは、テザーの全長を増やすとテザーシステム全体の体積そして質量が増えることになります。
宇宙エレベーターでは、自重によって発生する張力及び応力が大きい為、テザーが破断する恐れがあり、また、建造にあたってはテザーシステム全体の質量が大きくなりすぎると宇宙への運搬が難しくなります。

このため、テザー長さ方向に働く力の変化を少なくする同時に、テザーシステム全体の質量を少なくするため、テザーの各々の断面に生じる応力がテザー全長にわたって一定となるようなテザーを考える必要があります(応力一定断面テザー)。

応力一定断面テザーに働く力とテザー

すなわち、最も張力が大きい箇所のテザーの断面積を大きく、張力が小さい箇所の断面積が小さいテーパー構造を用いればよいことが分かります。このテーパー構造はテザーの最大応力と自重を軽減できるので破断長が4,940 km 以下の材料でも宇宙エレベーターを建造できることになります。

テーマ : 実験 科学 サイエンス
ジャンル : 学校・教育

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