宇宙エレベーター?月面で最初に構築する

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1960年代のアーサーC.クラークによるスピーチで、静止衛星について説明したピアソンは、アポロムーンの着陸の日にカリフォルニアのNASAエイムズリサーチセンターで働いていたときに、宇宙エレベーターの全体的なコンセプトにインスピレーションを与えました。

「静止軌道で通信衛星を理解する良い方法は、地上35,786 km(22,236マイル)に位置する高い塔の上部にある通信衛星を想像することだとクラークは言った」とピアソン氏は振り返る。タワー?"

彼は理論的には、小惑星のような釣り合いおもりを静止軌道に置き、ケーブルを下に延長して、地球の赤道に固定することが可能であることを認識しました。理論的には、エレベータかごは長いケーブルを上って移動し、化学ロケットの数分の1の価格で貨物を地球の重力から宇宙へとうまく運ぶことができます。

… 理論的には。そのとき、そして今の問題は、地球の重力の中でケーブルの重量だけを支えるために必要な材料が存在しないことです。カーボンナノチューブが登場し、野球場に引張強度が加わったこの数年で、人々はついに笑いの段階を過ぎ、真剣に調査を始めました。また、カーボンナノチューブはラボで少量製造されていますが、エンジニアは、必要な強度を提供できる長いケーブルにまとめるのにまだ数年かかります。

ピアソンは技術的な課題が手ごわいことを知っていたので、「月面にエレベーターを建ててみませんか?」

月面では、重力は地球上で感じるものの6分の1であり、宇宙用エレベーターケーブルは現在の製造技術の範囲内にあります。月面からケーブルを引き伸ばすと、鉱物と補給品を地球の軌道に運ぶ安価な方法が得られます。

月面の宇宙用エレベーターは、地球に基づいたものとは動作が異なります。 24時間ごとに回転する私たちの惑星とは異なり、月は29日ごとに1回だけ自転します。地球を1周するのにかかる時間と同じです。これが月の片側しか見えない理由です。静止軌道の概念は、月の周りではあまり意味がありません。

ただし、Earth-Moonシステムには、衛星などの低質量のオブジェクトやスペースエレベーターのカウンターウェイトなどの5つの場所があり、非常に少ないエネルギーで安定した状態を保つことができます。Earth-MoonLagrangeポイント。月の表面から約58,000 km上のスポットであるL1ポイントは、完全に機能します。

地球と月の間の両方の重力が完全にバランスしている場所で、宇宙に浮いていることをイメージします。左側を見ると、月は約58,000 km(37,000マイル)離れています。右を見れば、地球はその距離の5倍以上あります。スラスターが何もない場合、最終的にはこの完全なバランスポイントから外れて、地球または月に向かって加速し始めます。 L1はバランスが取れていますが、不安定です。

ピアソンは、NASAがケーブルの巨大なスプールをL1ポイントまで運ぶ宇宙船を打ち上げることを提案しています。ケーブルを月面まで巻き戻したため、L1ポイントからゆっくりと戻ります。ケーブルを月面に固定すると、張力がかかり、ケーブル全体が完全なバランスで吊り下げられ、振り子が地面に向けられたようになります。そして、振り子のように、地球の重力がエレベーターを引っ張るので、エレベーターは常にL1ポイントに向かって完全に整列し続けます。ミッションには、月面からケーブルの上部まで登ることができ、月の岩石のサンプルを高い地球軌道に運ぶことができる小さな太陽電池式の登山者を含めることもできます。さらなるミッションは、クライマーのチーム全体を提供し、コンセプトを大量生産オペレーションに変えることができます。

エレベーターを地球ではなく月に接続する利点は、関与する力がはるかに小さいという単純な事実です。月の重力は地球の6分の1です。極端な引張強度を持つエキゾチックなナノチューブの代わりに、ケブラーやスペクトラなどの高強度の市販の材料を使用してケーブルを構築できます。実際、ピアソンはM5と呼ばれる商用ファイバーを使用しており、ベースで200 kgの吊り上げ能力をサポートするフルケーブルの重量は6,800 kgと計算されています。これは、ボーイング、ロッキードマーティン、アリアンスペースが提供する最も強力なロケットの能力の範囲内です。打ち上げの1つは、月にエレベーターを設置することです。そして、エレベーターが設置されたら、ガラスやホウ素など、月面で製造できる追加の材料でそれを補強し始めることができます

では、月につながっている宇宙エレベーターをどうしますか? 「たくさんあります」とピアソンは言います。「月にはあらゆる種類のリソースがあり、地球から打ち上げるよりも、そこに集めて軌道に乗せる方がはるかに簡単です。月面レゴリス(月の汚れ)は宇宙ステーションのシールドとして使用できます。金属やその他の鉱物を地表から採掘し、宇宙での建設に使用できます。また、月の南極で氷が発見された場合、水、酸素、さらには燃料を宇宙船に供給することができます。」

月の南極で水氷が発生する場合は、そこに2本目のケーブルを敷設し、最後に1本目のケーブルに接続します。これにより、南の月の基地は、地上に沿って最初のエレベーターの基地まで移動する必要なく、材料を高地球軌道に運ぶことができます。

岩には最適ですが、人には適していません。登山者が時速数百キロでケーブルを上ったとしても、宇宙飛行士は何週間も移動し、深宇宙の放射線にさらされることになります。しかし、貨物について話しているときは、ゆっくりと着実にレースに勝ちます。

ピアソンは1979年に月のエレベーターのアイデアを最初に発表し、それ以来ずっとそれを売り続けています。しかし、今年、NASAは笑っていません。彼らは聞いています。ピアソンの会社であるスターテクノロジーアンドリサーチは、このアイデアをさらに調査するための6か月の研究に対して、NASAの高度な概念に関する研究所(NIAC)から75,000ドルの助成金を最近授与されました。アイデアが有望であることが判明した場合、ピアソンは、エンジニアリングの課題のいくつかを克服し始めるために、より大きな助成金を受け取り、その開発に役立つために内部およびNASA内外のパートナーを探すことができます。

NIACは、NASAの技術の通常の快適ゾーンの外にあるアイデア(たとえば、月面のエレベーターなど)を探し、多くのリスクや未知の問題が解決されるまでそれらの開発を支援します。

ピアソン氏は、この助成金が、月のエレベーターが将来の月の基地と宇宙の産業をサポートする新しい月-火星の宇宙探査ビジョンに計り知れない価値をもたらすであろうとNASAに主張するのに役立つことを願っています。そして、それはエンジニアが最初に地球にそれを構築するという巨大な挑戦をすることなく宇宙にエレベーターを構築することの困難を理解する方法を提供します。

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