この巨大なエンジニアリングプロジェクトは、宇宙移民の最高のチャンスかもしれません

スペースシャトル計画のための資金不足よりもはるかに根本的な理由で、宇宙移民は行き詰まりに達しています。重力から逃れるために大量のロケット燃料を使用せずに、人間が簡単にオフワールドに移動できる方法はありません。これは、費用がかかり、環境的に持続不可能です。では、どうやってこの岩から降りるのでしょうか?

それは私が2011年にマイクロソフトのレドモンドキャンパスで出席した3日間の会議の主題でした。そこでは、科学者と愛好家が宇宙エレベーターを建設する計画について話しまし。この巨大なエンジニアリングプロジェクトにより、ロケットを使わずに材料、そして最終的には人を高軌道に運ぶことができます。プロジェクトは10年以内に開始できると言う人もいますが、NASAは、プロジェクトを実現するための資料を考え出すことができる人々に100万ドル以上の賞金を提供しています。Space Elevator Conferenceの講演者によると、エレベーターに乗って宇宙に行く前に何が必要かということです。

物理学者で発明家のブライアン・ラウブシャーは、プロジェクトの概要と現在の科学の現状について説明することで、会議を開始しました。グループが実現したいと考えている実用的な設計は、NASAの科学者ブラッドリーエドワーズによって発明されたコンセプトに基づいています。ブラッドリーエドワーズは、1990年代に宇宙エレベーターと呼ばれる宇宙エレベーターの実現可能性調査を作成しました。 彼の設計では、3つの基本的なコンポーネントが必要です。ロボットの「クライマー」またはエレベータカー。登山者のための地上ベースのレーザービーム電源。そして、超軽量、超強力なカーボンナノチューブで作られたエレベータケーブル「リボン」。

エドワーズのデザインは、アーサーC.クラークが楽園の泉にある宇宙エレベーターについて説明したことに一部影響を受けています。

エレベーターのデザインはかなりシンプルです。それは赤道で地球に取り付けられており、おそらく公海のエクアドル沖に浮かぶプラットフォーム上にあります。リボンは宇宙に10万キロメートル伸び、捕獲された小惑星から宇宙ステーションまで何でもあり得るカウンターウェイトによってぴんと張られています。スレッドに沿って、人々が降りて軌道を回る宇宙ステーションに移動したり、月やそれ以降にそれらを運ぶ船に移動したりできるウェイステーションがあります。

エレベータリボンを破壊する天候やスペースデブリから、そのような構造物の法的地位まで、克服すべきいくつかの基本的な問題があります。それは誰に属しますか?それは宇宙への一種のパナマ運河であり、誰もが最初にそれを建設した国に通行料を支払うのでしょうか?それとも、国連宇宙委員会によって監督されるのでしょうか?しかし、微小隕石を避けてエレベーターの通行料を処理する前に、宇宙エレベーターを構築する上でのいくつかの技術的障害を克服する必要があります。

宇宙エレベーターの基本的なコンポーネントに関しては、ここにあります。

ロボットクライマー、またはエレベーターカー

これが方程式の最も簡単な部分であることがわかります。ロープをスケーリングしたり、信じられないほど重い物体を持ち上げたりできるロボットクライマーがすでにあります。宇宙エレベーターのこの側面は非常に広く理解されているため、宇宙エレベーター会議は、レゴ宇宙エレベータークライマーレースを含む「キッズデー」を後援しました。10代と子供が設計したロボットは、天井に取り付けられた「リボン」を登り、上部に「衛星」を配置できるかどうかを競い合いました。

もちろん、レゴクライマーから、宇宙ホテルの コンポーネントを数千キロメートルの大気と宇宙まで運ぶのに十分な大きさのリフターに到達するには、ある程度の努力が必要です。しかし、これは私たちの現在の技術の能力の範囲内です。だから私たちはエレベーターカーを持っています。

パワービーム推進

宇宙エレベーターを支持する多くの議論の1つは、それが環境的に持続可能なものになるということです。化学ロケットがなければ、そのケーブルを切断するロボットリフターをどのように送るのでしょうか?この時点での支配的な理論は、宇宙エレベーターのプラットフォームにレーザーがあり、ビームを捕捉して電力に変換する皿がエレベーターにあるというものです。この技術も私たちの手の届くところにあります。

2009年、NASAは、宇宙エレベーター向けのこのいわゆる「ワイヤレス電力伝送」のデモンストレーションに成功したことで、LaserMotiveに900,000ドルを授与しました。2012年に、NASAはパワービームの月面車に同様の賞を提供します。現在、パワービームのアイデアの最大の問題は、まだかなり低電力のセットアップを検討していることです。宇宙エレベーターが大気圏に上昇すると、ビームが散乱して雲に遮られます。一部の会議参加者は、ビームの30パーセントだけが皿に到達すると推定しました。

それでも、このテクノロジーのデモンストレーションは成功しており、企業はテクノロジーの改良に取り組んでいます。まだ完璧なパワービームはありませんが、もうすぐです。

カーボンナノチューブリボン、またはエレベーターケーブル

これは、宇宙エレベーター会議でこれまでで最も興味深く、論争の的となったトピックでした。一日中、最先端のナノ材料研究とカーボンナノチューブ製造に関する技術的な議論に専念しました。ライス大学シンシナティ大学のナノマテリアル研究室の科学者は、カーボンナノチューブを柔らかく黒い綿のように見える繊維に紡ぐ方法から、宇宙での放射線がカーボンナノチューブリボンの分子結合を引き裂く方法まで、あらゆることについてプレゼンテーションを行いました。

カーボンナノチューブ材料は非常に軽くて強いので、エレベータケーブル自体は紙よりも細いでしょう。ロボットカーが宇宙空間まで完全にグリップするのは、文字通り、おそらく直径数メートルのリボンです。毎年、宇宙エレベーター会議では、人々はカーボンナノチューブ繊維を持ち込み、破壊する前にどれが最大のひずみに耐えられるかを競います。勝者は、NASAの「強力なテザー」競争で100万ドル以上を獲得する立場にあります。悲しいことに、今年は、配置するのに十分な強度の繊維を持っている人は誰もいませんでした(ただし、来年はいつでも入ることができます!)。

これらすべての研究者が私たちに指摘した問題は、カーボンナノチューブで作られた実用的な「リボン」を手に入れるのに何年もかかるということです。微視的なチューブ自体は私たちがこれまでに発見した中で最も強力な材料ですが、私たちはそれらを「マクロ材料」、または実際に構築するのに十分な大きさのものにする必要があります。シンシナティ大学の化学エンジニアであるMarkHaaseがこのインタビューでio9に語ったように、マクロマテリアルへの移行は難しい場合があります。

基本的にエレベータケーブルは私たちのショートッパーです。ハーセが言うように、私たちはまったく新しい材料を発明し、それを壊さずに地球とカウンターウェイトの間にひもでつなぐ方法を理解する必要があります。カーボンナノチューブリボンを作成できるようになったとしても、それは簡単な問題ではありません。破損は、地球に戻った嵐から発生する可能性があります。それらは、信じられないほど導電性のカーボンナノチューブ材料に雷が当たることから生じる可能性があります。そしてそれらはスペースデブリ、微小隕石、あるいは単に放射線から来る可能性があります。

エレベーターのリボンに向かっているスペースデブリをどのようにかわしますか?エンジニアのキース・ロフストロームは、ラインを任意の方向に非常に迅速に移動するように設計された巨大なリニアモーターカーのプラットフォームにリボンを取り付けることを提案しました。ライス大学の材料科学研究者であるVasiliiArtyukhovは、カーボンナノチューブはいくつかの予測可能な方法で破損するため、特に一定のひずみがあり、太陽からの宇宙線が当たっている場合は、カーボンナノチューブをまったく使用したくないと示唆しました。彼は、代替材料は窒化ホウ素ナノチューブかもしれないと考えましたが、これらは現時点ではカーボンナノチューブよりもさらに実験的です。

だから私たちはあなたのエレベーターを持っています。私たちはあなたの電源を持っています。しかし、重力からうまく登るために使用できるケーブルはまだありません。いつ入手できますか?私たちは推測を教育しただけですが、それは今から5年後、数十年後になる可能性があります。それはすべて、カーボンナノチューブが世界を変える材料であることが判明するかどうかにかかっています。そして、私たちがその過程で地球を離れるのを手伝ってください。

詳細については、宇宙エレベーター会議のWebサイトをご覧ください

上のイラスト、Andy Dudak / DeviantArtによるSpaceElevatorRickshawGryphartによるリフターのコンセプトアート

この記事のバージョンは2011年に登場しました。

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