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宇宙ステーションの人工重力はなぜ実用化されない?

  • 暇なときにでも
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お礼率 81% (27/33)

以前から宇宙ステーションというとドーナッツ型の想像図が典型的でしたし、実際、長期間人間が宇宙に滞在する場合、居住区間は人工重力があったほうがはるかに快適に思うのですが、過去のNASAのスペースラボ、ミールなどはもちろん、新しいISSでも採用されないのは、なぜなんでしょうか。

定かな記憶ではありませんが、ジェミニのころに2つのカプセルをワイヤーでつないで回転させ、人工重力を得る実験をやったことがあるような気もします。(うそかな・・?)
別にドーナッツ型にする必要もなさそうですし、素人考えでは構造的にも単純に実現できそうな気がするのですが。
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質問者が選んだベストアンサー

  • 回答No.11
レベル14

ベストアンサー率 83% (1169/1405)

その昔、微小重力実験をちょっとかじっていました。

お尋ねの機構は原理的には容易に実現できるものですが、それをしない理由は同一飛行体内の他の無重力実験への支障からと考えられます。

この種のいわゆる「無重力」実験ですが、その環境は厳密な重力ゼロでなく必ず擾乱が伴います。従いまして学術的には「微小重力(microgravity)」という言い方をします。もちろんその擾乱が小さいほど微小重力環境としては優れていることになります。
擾乱の程度は真空などと同様にオーダーで話をします。通常は地上の重力(いわゆる1G)に比べて何桁小さいか、ということで「10^-2G」や「10^-4G」と表現します。

さて微小重力の程度ですがその飛行体内に人がいるだけで1~2桁悪くなります。
回収型の無人実験衛星では10^-6Gのオーダまで行きますが、有人の宇宙ステーションですと10^-5Gのオーダー、同じ有人でもスペースシャトルですと図体が小さいのでさらに1桁悪くなります。

ご質問のような装置は、人間込みで下手したら数トンの物体を高速で回転させることになります。回転のバランスが取れていなければとんでもない振動源になりますし、取れていたとしても実験区内の微小重力の質を2、3桁悪化させるでしょう。
もちろん人間が動くとバランスが崩れますから、中ではひたすらじっとしていなくてはなりません。

それだけ重くてしかも他の実験に影響を与えるものを、わざわざ宇宙まで運ぶかというと答えはやはり否でしょう。
お礼コメント
illashige

お礼率 81% (27/33)

わあ。

恐れ入りました。今までみなさんのお答えになんだかんだとイチャモンをつけてきましたが、Umadaさんのお答えにはぐーの音もでません。

なるほど。

そうすると、将来は別棟の居住用の宇宙ステーションからラボに通勤するようなかたちにでもなるんですかね。近くに回転している別の宇宙ステーションがあってもまずいのかな。

Umadaさんはそんな研究をなさっていたのなら、宇宙旅行に行ってみたいでしょうね。ぼくは、宇宙船や飛行機が好きなのですが、乗るのは飛行機でも避けたい。脚立もいやだ。
投稿日時 - 2001-05-23 21:05:03
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  • 回答No.6
レベル14

ベストアンサー率 47% (11786/24626)

技術的な面からですと、 2001年のような人工重力を作るような設備を作った場合回転しない部分(アンテナ関係太陽電池パネル、ドッキングポート)とのジョイント部分の設計が難しいし複雑になる。無重力を利用した実験が多いので人工重力が逆に妨げになる。などがあります。 地球環境を宇宙再現したら宇宙で実験をする意味が無くなりますよね? ...続きを読む
技術的な面からですと、
2001年のような人工重力を作るような設備を作った場合回転しない部分(アンテナ関係太陽電池パネル、ドッキングポート)とのジョイント部分の設計が難しいし複雑になる。無重力を利用した実験が多いので人工重力が逆に妨げになる。などがあります。
地球環境を宇宙再現したら宇宙で実験をする意味が無くなりますよね?
お礼コメント
illashige

お礼率 81% (27/33)

ありがとうございます。

うーん。でもなんとなくなっとくできないなぁ。
技術的にそんなに難しいでしょうか。
たしかに、回転半径がそんなに大きくなくて、速い回転スピードが必要だったとしたら、常に気密を保った連結部分を作って、かつ人間が安全に行き来するのは難しいかもしれませんが、その場合は回転中は気密を保たず、行き来するときだけ回転を止めて気密状態にする手もあるように思います。
そんなにしょっちゅう回したり止めたりはできないとしても、仮に3日に一度行き来できるだけでも長期滞在には大きな効果がありそう・・。
居住、休息の意味だけでなく、そこへ持ち込めるものであれば、機器のメンテナンス、天体観測などもふわふわしながらやるよりよさそうに思えます。
投稿日時 - 2001-05-23 15:09:09


  • 回答No.8
レベル14

ベストアンサー率 47% (11786/24626)

>居住、休息の意味だけでなく、そこへ持ち込めるものであれば、機器のメンテナンス、天体観測などもふわふわしながらやるよりよさそうに思えます。 先ほど書いたように無重力であることが大きな意味があるんですよ。 確かに筋組織の劣化やカルシウムの放出など問題がありますが今現在は全て実験している段階です。無重力で長時間宇宙空間にいることの人体への影響もデータ化され長期宇宙飛行のための基礎データになるし 無重 ...続きを読む
>居住、休息の意味だけでなく、そこへ持ち込めるものであれば、機器のメンテナンス、天体観測などもふわふわしながらやるよりよさそうに思えます。

先ほど書いたように無重力であることが大きな意味があるんですよ。
確かに筋組織の劣化やカルシウムの放出など問題がありますが今現在は全て実験している段階です。無重力で長時間宇宙空間にいることの人体への影響もデータ化され長期宇宙飛行のための基礎データになるし
無重力であるおかげで上下左右という認識が少なくなりおかげで全てのパネル類を前面に取り付けることが出来るし。
宇宙飛行士の話だと地上にいる間は狭く感じたモジュール内も無重力だと広く感じることが出来ていきが詰まることはなかった、と言っています。

居住性などを求めていくのはもっと先の段階です。
自由に人間が宇宙に安価にいけるようになって初めて実用への着手があるのでしょう。
もちろん既に研究自体は行われていますが。

>そんなにしょっちゅう回したり止めたりはできないとしても、仮に3日に一度行き来できるだけでも長期滞在には大きな効果がありそう・・。

宇宙空間で物の回転を止めたりするのがどれだけ難しく燃料を食うか知っていますか?
そんな単純なものではありませんよ。
お礼コメント
illashige

お礼率 81% (27/33)

迅速に2度目のお答えありがとうございます。

質問で「居住部分」としたとおり、まったく素人ですが実験施設が無重力であることの重要性は承知しています。

「居住性などを求めていくのはもっと先の段階」・・・なるほど。そうですか。
投稿日時 - 2001-05-23 16:36:05
  • 回答No.9
レベル8

ベストアンサー率 30% (13/42)

とりあえず計算してみました。 たとえば、いきなりそんな大規模なものは無理だと思いますが、居住区が直径100mのドーナツ型(ガンダムっぽいやつ)だと、約4.5秒で1回転(外周部の秒速70m)していなければいけないようです。 半径が半分だと外周の回転速度は√2分の1ですが、回転回数は√2倍必要です。具体的には、多少現実的な直径50mでは、外周の速度は49.5m/s、3.2秒で1回転。そこに、真空中で、三次 ...続きを読む
とりあえず計算してみました。
たとえば、いきなりそんな大規模なものは無理だと思いますが、居住区が直径100mのドーナツ型(ガンダムっぽいやつ)だと、約4.5秒で1回転(外周部の秒速70m)していなければいけないようです。
半径が半分だと外周の回転速度は√2分の1ですが、回転回数は√2倍必要です。具体的には、多少現実的な直径50mでは、外周の速度は49.5m/s、3.2秒で1回転。そこに、真空中で、三次元的に、安全にドッキングしようなんて、無理でしょう。
お礼コメント
illashige

お礼率 81% (27/33)

はー。
すごいスピードが必要なんですねぇ。
なんとなく現在の規模、技術力では無理そうな感じがしてきました。
ありがとうございます。

にもかかわらず、あえて、食い下がりますが・・。
1Gあるに越したことはないでしょうが、それ以下でも(たとえば半分・・)生活は楽になるんではないでしょうか。

asucaさんもおっしゃっているように無重力状態の実験モジュールが重要でしょうから、ぼくがイメージするものは、トラスを組んだアームの先に円筒形の居住区のモジュールをくっつけたものを対象形にくっつけた遊園地の乗り物みたいなものを全体の一部分に設置するようなものです。
ですから、ドッキングは当然回転していないモジュールにたいしておこなうことになるでしょう。

しかし、maysさんに計算していただいたところからすると、かなり大げさなものが必要そうですね・・。SSIの全体が104メートルX74メートルとのことなので(今関連サイトをのぞいてしらべてみました。~しかもこの数字のかなりの部分はでっかい太陽電池のパネルでしょう)一部分とはいってもかなりでかいものをくっつけることになるわけか・・。居住部分までいくエレベーターみたいなものも必要になりそうですね。
投稿日時 - 2001-05-23 18:36:29
  • 回答No.2
レベル11

ベストアンサー率 31% (81/257)

全くのシロートですから、あて推量に過ぎませんが....。 1)無重量状態を生かした実験ができなくなる。 2)巨大な空間なら兎も角、現在位の大きさだと、意味のある「遠心力」を生むには角速度を上げざるをえず、コリオリの力が働きすぎるのでは?それがどの程度問題になるか不明、というかシロートだから分からん!! ...続きを読む
全くのシロートですから、あて推量に過ぎませんが....。

1)無重量状態を生かした実験ができなくなる。

2)巨大な空間なら兎も角、現在位の大きさだと、意味のある「遠心力」を生むには角速度を上げざるをえず、コリオリの力が働きすぎるのでは?それがどの程度問題になるか不明、というかシロートだから分からん!!
お礼コメント
illashige

お礼率 81% (27/33)

ありがとうございます。

実験施設は、当然無重力にしておくべきですよね。というか、居住区にあたる部分だけ、回転させる感じでしょうか。ま、居住区を回転させたら、それ以外の部分は、反対向きの力をかけておかなくちゃならないということになりますね。うーん。素人が考えるほど簡単じゃないのかなぁ。

こんな質問をしたわりにまったくの文化系人間で、「コリオリの力」ってのがなんのことやらわかりません。すみません。
投稿日時 - 2001-05-23 13:20:15
  • 回答No.3
レベル8

ベストアンサー率 23% (7/30)

宇宙ステーションというと「機動戦士ガンダムに出てくるコロニーを思い出すのですが」 そんなことはいいのですが(^^; 勝手な推測ですけれど、 回転させて重力をつくるのにはそれなりの大きさが必要になってくるのでは、と思います。 私も気になります。専門家の回答が聞きたいですね。 ...続きを読む
宇宙ステーションというと「機動戦士ガンダムに出てくるコロニーを思い出すのですが」
そんなことはいいのですが(^^;

勝手な推測ですけれど、
回転させて重力をつくるのにはそれなりの大きさが必要になってくるのでは、と思います。
私も気になります。専門家の回答が聞きたいですね。
お礼コメント
illashige

お礼率 81% (27/33)

ありがとうございます。

ぼくは、「2001年宇宙の旅」が頭にちらついてます。

ametsuchiさんへのお礼にも書きましたが、ぼくはまったく物理に弱いので、どのくらいの半径でどれくらいの速度で回せば、1Gを得ることができるのかわからないのですが、たとえば、パイロットや宇宙飛行士が大きなGを体験したり実験に使う装置(名前がわからん・・)なんか、スピードはすごく速そうですが、半径はたいしたもんじゃないような気がします。。あの数倍くらいは、現在のSSIくらいだったら設置できそうな・・。
投稿日時 - 2001-05-23 13:39:31
  • 回答No.4

 これはですね。単純なことです。  お金がないからです(笑)  人工重力を発生させるためには、ただ回転させればいいとはいえ、1Gに保つにはある程度大きなステーションが必要になります。  ところが、ニュースなんかを見てたら分かると思いますが、スペースシャトルの1回の航行で積載可能な部品なんかたかが知れてます。先日も、1回の航行でコンピュータ3台とか、そういう単位で運んでましたよね。  そんなんで ...続きを読む
 これはですね。単純なことです。
 お金がないからです(笑)

 人工重力を発生させるためには、ただ回転させればいいとはいえ、1Gに保つにはある程度大きなステーションが必要になります。
 ところが、ニュースなんかを見てたら分かると思いますが、スペースシャトルの1回の航行で積載可能な部品なんかたかが知れてます。先日も、1回の航行でコンピュータ3台とか、そういう単位で運んでましたよね。
 そんなんで重力1Gを作れるほどのステーションを作ろうと思ったら、お金が兆の上の京のさらに上の概までいってしまいまううえ、おそらくは、完成までの期間をローマにあるサグラダファミリアと競うことになるでしょう(笑)
 スペースシャトルは1回飛ばすと10億100億の世界ですから。

 それに、宇宙空間で物体を回転させるためには、回転用エンジンが「噴出型」でなければいけません。宇宙空間では空気抵抗がないため、何かを常に噴出しつづけないと移動エネルギーが得られないためです。(巨大なモーターでステーション全体を回転させられないこともないですが、そんな巨大なモーターを動かすだけの電力が、太陽発電と温度差発電だけでは得られません)
 そのエネルギーを補給するためにも、シャトルを飛ばさなければいけないわけですから、たまったもんじゃないのです(^_^;

 ですので、現状では、金銭的にも技術的にも難しい、ということになります。
 「理論上」できるからといって「実際に」できるとは限らない。――俺に彼女ができないのと同じやね(T_T)
補足コメント
illashige

お礼率 81% (27/33)

ありがとうございます。

う~む。そんなにお金がかかるもんですかぁ・・。

下記の方々へも言い訳しましたとおり、物理・数学に弱く、よくわからないのですが、真空状態で回転させたら、その回転を止める力は、軸(静止している部分との接点)の摩擦だけってことにはならないのでしょうか。そんなイメージを持っていたので、回転させるための燃料は微々たるものじゃないかと考えてました。

deagleさんの彼女作りのための資金もなんとかなるといいですね。
投稿日時 - 2001-05-23 13:48:53
  • 回答No.5
レベル11

ベストアンサー率 20% (43/211)

先刻お調べ済みかと思いますが・・・。 宇宙開発事業団のFAQコーナーを見たら、 『ISSには、セントリフュージ(生命科学実験施設)というモジュールが設置されます。これは重力環境が生物に与える影響について研究を行うための実験施設です。装置を回転させ、遠心力を発生させることにより0.01Gから2.0Gまでの任意の疑似重力を発生させることが可能です。なお、これは生物や植物の実験に使われるもので、人間用ではあ ...続きを読む
先刻お調べ済みかと思いますが・・・。
宇宙開発事業団のFAQコーナーを見たら、
『ISSには、セントリフュージ(生命科学実験施設)というモジュールが設置されます。これは重力環境が生物に与える影響について研究を行うための実験施設です。装置を回転させ、遠心力を発生させることにより0.01Gから2.0Gまでの任意の疑似重力を発生させることが可能です。なお、これは生物や植物の実験に使われるもので、人間用ではありません。』
とありました。
が、肝心の、何故人間用に作らないのかまでは触れていませんでした。
やはりdeagleさんの言われるように『お金』の問題でしょうかね。巨大なISSの居住棟だけなら大したことはないように思うのですが・・・。それと、宇宙で回転を維持させるのにそんなに膨大なエネルギーが必要なのでしょうか?
お礼コメント
illashige

お礼率 81% (27/33)

ここで質問する前に、ぼくが知らないだけで、もしかするとISSにはその手のシステムがあるかもしれないと、関連サイトはざっと見ていましたが、ご紹介のFAQはみのがしていました。ありがとうございます。

deagleさんのお金説がただしそうですが、ubonoti01がおっしゃるようにそんなに(全体の費用にたいして)かかるかなぁ、またエネルギー(燃料)が必要かなぁという疑問は残るところです。
投稿日時 - 2001-05-23 14:53:36
  • 回答No.7

 ちょっと気になるところがあったので補足を(笑)  前回の書き込みで「回転の維持」って書いてますが、これはけっきょく、軌道確保と回転数保持のための燃料のことを言っています。  真空状態ではどこまでもどこまでも物質は回転しつづけますが、実際には宇宙空間は真空ではなく、微量のガスやゴミだってただよっています。それから、大量の人間が内部で動き回ることによっても、回転数や回転方向に変化が起こります。もちろ ...続きを読む
 ちょっと気になるところがあったので補足を(笑)

 前回の書き込みで「回転の維持」って書いてますが、これはけっきょく、軌道確保と回転数保持のための燃料のことを言っています。
 真空状態ではどこまでもどこまでも物質は回転しつづけますが、実際には宇宙空間は真空ではなく、微量のガスやゴミだってただよっています。それから、大量の人間が内部で動き回ることによっても、回転数や回転方向に変化が起こります。もちろん、地球重力と月重力のバランスで軌道がずれたりもしますんで、それにも対応しなければいけません。
 ですので、巨大なステーションを長期間に渡って維持するためには、けっこう燃料が必要なはずです。四六時中、調節ノズルからポッポポッポとガスか何かを噴射し続けることになるでしょう。もちろん、1回の噴出にかかる燃料費は微々たる物でしょうが。
お礼コメント
illashige

お礼率 81% (27/33)

なるほど。

宇宙ステーションの高度は、事実上気圧は0としても大気もまったくないじょうたいではないでしょうしね。(よく知らないけど)。
とはいえ、素人の直感的な感じでは、ジョイント部分の摩擦が一番大きそう・・。
姿勢制御に関しては、回転しているものがくっついているかいないかがどう絡むかは、なんともですねぇ。重心部分で回転させれば、ジャイロのようにかえってよかったりして・・。

ま、現状ではそのための「微々たる燃料費」や資材を運ぶお金がないということでしょうか。
投稿日時 - 2001-05-23 16:22:28
  • 回答No.10
レベル8

ベストアンサー率 30% (13/42)

全体を回転させない、とはますます難しいですね。 とりあえず、回転の基底部を何かにを固定するか、もしくは逆方向に力を加えつづけない限りそれは不可能です。 回転体に接触している場合、必ず何らかの逆方向の力を受けます。それは、たとえばですが、陸上で手を振り回すのは簡単なのですが、プールの中にもぐったままそれをしていると考えてみてください。安定して振り回せないと思います。それならば全体を回転させたほうがよほど ...続きを読む
全体を回転させない、とはますます難しいですね。
とりあえず、回転の基底部を何かにを固定するか、もしくは逆方向に力を加えつづけない限りそれは不可能です。
回転体に接触している場合、必ず何らかの逆方向の力を受けます。それは、たとえばですが、陸上で手を振り回すのは簡単なのですが、プールの中にもぐったままそれをしていると考えてみてください。安定して振り回せないと思います。それならば全体を回転させたほうがよほど安全であると思います。

余談ですが、回転速度が1/2になると、重力は1/4になります。
お礼コメント
illashige

お礼率 81% (27/33)

ヘリコプターのローターと本体のようなものですよね。
このへんの話、および一部を回転させる話題は、No.2あたりででていたのですが、なんだかお答えがたくさんになって、ぼくも今日はひまなもので、ついいろいろ書いてしまい、読み切れなくなってますよね。

mays さんは、物理、数字に強そうで、なっとくさせられてしまいます。
一部だけ回転はむずかしいですか。う~む。
たとえば、ヘリコプターみたいなかたちにして(ローターと本体という意味で)、尾翼ローター(最近のなら噴射口)みたいな方向に噴射しても不安定ですかね・・?(そろそろしつこいかな。。)
投稿日時 - 2001-05-23 19:48:26
  • 回答No.12
レベル8

ベストアンサー率 30% (13/42)

常に逆向きの力をかけておくという話、可能だとは思いますが、常に、というところがポイントです。もったいないでしょう。 全体が回転しているのであれば、真空中だとほとんど摩擦が無いので、別に燃料はいらないんです。地球だっていつも回ってるし。 また余談ですが、宇宙のごみとしてよく聞く、人工衛星の寿命って、どうやってくるか知ってますか? 装置が壊れたとき。当然でしょう。 軌道の微調整のためのガスが尽きた ...続きを読む
常に逆向きの力をかけておくという話、可能だとは思いますが、常に、というところがポイントです。もったいないでしょう。
全体が回転しているのであれば、真空中だとほとんど摩擦が無いので、別に燃料はいらないんです。地球だっていつも回ってるし。

また余談ですが、宇宙のごみとしてよく聞く、人工衛星の寿命って、どうやってくるか知ってますか?
装置が壊れたとき。当然でしょう。
軌道の微調整のためのガスが尽きたとき。
こんななので、結構実際常にガスを噴射するのって、結構大変なのでは?
お礼コメント
illashige

お礼率 81% (27/33)

何度もなんども恐縮です。
ありがとうございます。
投稿日時 - 2001-05-23 21:06:33
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