宇宙エレベーター実現へ！仕組み、完成予定日！
宇宙エレベーター実現へ
NASAによる軌道エレベータ想像図
宇宙エレベーターとは、その名の通り地球と宇宙をエレベーターで結び、行き来出来るエレベーターの事です。
今回の発表で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、物体を宇宙に送り込むコストを40％カットできる 新たな研究成果が発表されました。
本来の宇宙エレベーターの長さは月との距離の4分の1ほど（９万６０００キロ。） の長い軌道を設置する計画でした。
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、長さは半分以下で、地上と直接結ばれている必要もないのです。
つまり、宇宙空間に紐状のエレベーターを浮かせとくとのこと。
エレベーターのスタート地点までは、スペースシャトル等を使い、エレベーターに乗り移り、宇宙へ登ります。
従来からの予定の地上をスタート地点する宇宙エレベーターと並行して、今回の案の部分的な宇宙エレベーターについても並行して研究してくとの事です。
宇宙エレベーターというSFの世界の中みたいな夢の話に興味がわいたので、調べてみました。
宇宙エレベーターの構想が生まれた背景
宇宙ロケットのコストが高いからです。
物体を静止軌道に乗せるには、1kgあたり約2万5000ドルの費用もかかるのです。（日本円で約250万円）
ロケットの重さは、そのほとんどが積みこんだ燃料の重さで、ロケット本体の重さは約10パーセントほどしかありません。
現在、ロケットの打ち上げ費用は50億円ぐらいです。
宇宙エレベーターの建設方法と問題点
NEC筑波研究所にいた飯島澄男さんがカーボンナノチューブを発見した事が、きっかけで宇宙エレベーターの実現が見えてきました。
これは、炭素の結晶が管の形につながったもので、今の一番強い鋼鉄の100倍ぐらいの強度があるとのことです。
これなら理論上は、数万キロの長さのケーブルが自重で切れてしまわずにすむらしい。
基本的には高度3万6000キロメートルの静止軌道まで運んで、そこから降ろしてくることになる。
静止軌道までケーブルを伸ばせば、その重量は7000トンもあります。
一体どうやって7000トンもあるケーブルを静止軌道まで運ぶのでしょうか。
また今現在、カーボンナノチューブは実用化のめどは立っておらず。
問題は山積みな状態です。
（400キロの低軌道で何10回もスペースシャトルを往復させて作った国際宇宙ステーションですら390トン程度なのです）
※カーボンナノチューブ
図参照：一般社団法人宇宙エレベーター協会
宇宙エレベーターの種類
•ブートストラップ型（従来からの方法）
図参照:軌道エレベーター学会
高度3万6000kmの衛星からケーブルを吊り下ろしてつくります。
具体的には、静止衛星を打ち上げ、これを基点にケーブルを上下に伸ばし、下端を地上に到達させて完成させるというのが基本形であります。
図参照：一般社団法人宇宙エレベーター協会
•スカイフック型（今回紹介の方法）
図参照:軌道エレベーター学会
宇宙エレベーターの構成部品
・基部（エレベーターの出発点）
・終端部（エレベーターの終点）
・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てます。
低周回軌道と静止軌道
スカイフック型の宇宙エレベーターは低周回軌道から静止軌道を超えた辺りを結びます。
低周回軌道
低周回軌道とは、スペースシャトルや宇宙ステーションが地球を回ってる軌道で、高度が250～500kmで地球を回る1番近い軌道の事です。
静止軌道
高度が約3万6千kmの静止軌道と呼ばれるものがあります。
静止軌道は約24時間で地球を一周する軌道で、地上から見ると静止しているように見えることからこう呼ばれています。
地球の同じ場所を観測するための気象衛星ひまわりや通信衛星、放送衛星などは、静止軌道を回っています。
上の図は地球周辺の衛星の軌道。水色が低周回軌道、黄色が中軌道、黒色の点線が静止軌道を表している。
スカイフック型の宇宙エレベーターの仕組み
このエレベーターの目的は、人工衛星をエレベーターの基部から、地上から4万2164キロという静止軌道の高さにまで運 ぶことです。
基部とは今回で言うエレベーターの出発地点です。
基部は低周回軌道に置かれ、その高度は地上から160～2000キロ程度を想定してます。
テザーと呼ばれる高い強 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びます。
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。
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されてます。
ロケットと比較した利点は
ロケットを使うのと、部分的に宇宙エレベーターを使うのと様々な試算をしてみた結果、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のです。
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 ながるとされてます。
低周回軌道への衛星打ち上げのコストは、1キログラムあたり5000～1万ドル程度 で、静止軌道の2万5000ドルより大分安くすみます。
これがエネルギー削減にも寄与しています。
感想
宇宙エレベーターの発想は100年以上前からあります。
当時はSFの世界だけでしたが、科学技術の進化にともない着実と現実化が見えてきました。
カーボンナノチューブを上手く利用すれば、理論上は宇宙エレベーターを作ることが可能らしい。
なんと日本の大手ゼネコンの大林組では2050年の実現を想定しています。
問題は山ほどありますが、今のペースで科学技術が進歩していけば、2050年に宇宙エレベーターが完成してるかも知れません。
エレベーターは時速２００キロで 片道７・５日かけて９万６０００kmの道のりを運行し、地上とターミナル駅を往復する予定です。
宇宙に行くのもエレベーターだと遠いいですね。
一週間もエレベーターの中だとはキツイです。
２０２４年は火星に永住の旅が予定され募集で決まり話題になりましたよね。
21世紀はますます宇宙が近くなり、後50年も経てば、本当に気楽に宇宙旅行に行ける日がくるかもしれませんね。
