• ベストアンサー

軌道エレベータは往還以外でも低コストで使えますか

kawasemi60の回答

回答No.9

エレベーター衛星の高度は静止衛星より高い軌道です。 理由はケーブル重量が1万トンを超えるかも知れないので。 静止衛星より低い位置のケーブルに遠心力と重力の差 の重量がかかります。この重量を相殺する遠心力が必要。 そこで通常の静止衛星より高い高度が必要です。 衛星本体ではなく宇宙側にケーブルを伸ばした先の質量 を利用する案もあります。私は衛星自体で対応に賛成。 エレベーター全体に対する貨物質量はかなり小さいと思う。 ならイオンエンジンなどで高度維持や姿勢制御がお勧め。 衛星の角速度を一定にしたい訳で回転速度を直接上げる のでは無くて高度を維持する噴射により円軌道を維持。 衛星の円軌道は重力により衛星が直進軌道から連続した 落下として説明されます。つまり重力による加速運動です。 この加速力が大きければ円軌道半径は小さくなり続けやがて 墜落。小さければ宇宙に飛んで行く。 放物線の様な軌道から速度制御により重力と遠心力が釣り 合う感じの静止衛星軌道にします。衛星から地球に向けて 噴射すると放物線みたいな軌道半径が大きくなります。 飛行速度を上げるのも地球に噴射も目的は重力加速作用を減らす 為。衛星と地上の速度差による衛星速度減少と質量移動に よる高度の低下つまり位置エネルギー低下が予想されます。 遠心力との釣り合いが崩れれば重力により落下軌道となる。 静止軌道でも姿勢制御エンジンは必要ですからエンジンに よる移動質量の補正がお勧めです。

wek00
質問者

お礼

回答ありがとうございました。

関連するQ&A

  • 軌道エレベーターの実現性は?・・・

    またまた、質問致します(カテゴリー違いでしたらすみません)。 最近、にわかにその実現が注目され始めている「軌道エレベーター」。 NASAの想像図でも見ましたが、ナノテクノロジーを利用したカーボンナノチューブが誕生し現実味を帯びてきたというものです。これを材料に細くて軽く丈夫なケーブルを作れば宇宙と地球を結ぶ、低コストかつ大量輸送のエレベーターが可能とか・・・ 現にアメリカの会社が2018年の実現を目指しているようですし、NASAもケーブルの実用化に賞金を出すとの事だそうです。 尚、エレベーターは赤道上の静止衛星と地球とを結ぶのだと思います。 実現性はどうなのでしょうか?

  • 大気圏再突入時の速度について

    カテゴリが物理学か天文学か迷ったのですが、大気圏再突入について興味があったので質問させていただきます。 ここでいろんな人の質問をみて、以下については理解できました。 ・シャトル等が周回軌道を維持するためにマッハ20以上でかっとんでいること、 ・大気圏に再突入する際は、少しだけ減速して軌道離脱すること、 ・減速しすぎると突入角度がつきすぎて燃え尽きたり急激ななGで乗員が潰れちゃうこと、 ・極超音速で大気圏に突入するため高度70kmあたりで空力加熱で火だるまになること、 そこで新たに質問なのですが、 (1)必要な燃料等を軌道上で補給できるとして、軌道離脱の際に乗員が死なない程度のGで水平方向の速度を落とそうとした場合、大気圏に突入する前(大気の影響を受ける前)にどの程度の速度まで落とせるでしょうか。 (2)打ち上げに関してですが、重力に逆らって周回軌道に打ち上げることと、周回軌道を維持する速度を得ることでは、どちらが燃料を必要としているのでしょうか? (言い方を変えると、(1)のような水平方向の減速に必要な燃料がどれくらいになるかが知りたい) (3)無人で補助ロケットを周回軌道に上げておき、軌道上でシャトルにドッキンクできれば、(1)のようにして再突入時の空力加熱を軽減して危険を軽減できないものでしょうか?(補助ロケットの打ち上げコストで乗員の安全を買うイメージ) 以上、意見よろしくお願いします。

  • 宇宙(軌道)エレベータ推進派の横に寝ないわけ

    宇宙(軌道)エレベータ推進派はなぜ学者の書いた論文「軌道エレベーター不可能説」に明白にされた事実を無視するのだろうか。理由を知りたい。 石原藤夫金子隆一らは著書のなかで「だから、軌道エレベーターを横にしたりバラバラにしたりするような、・・ちからは、はたらかない」としているが、彼らの主張は当を得た答えや理由にはなり得ないと私は考える。  かれらは鉛直方向に働く力があると宇宙(軌道)エレベータが寝ることにならないと考えるらしい。 彼らの主張するように鉛直方向に宇宙(軌道)エレベータの長軸両端間に力が働いたとしても、宇宙(軌道)エレベータは寝てしまうのである。 もし柔軟な材からできた直方体の長軸末端に引っ張りの力が働けば、模型ゴム動力飛行機の延びたゴム糸が重力で垂れたがように、宇宙(軌道)エレベータの形状を曲げてしまう。曲がりができれば、宇宙(軌道)エレベータが大なり小なり寝たということである。  衛星の物理上の原理では衛星となって公転すると軌道高度によって、衛星の角速度が高高度ほど遅い角速度の関数が得られる。 そして宇宙(軌道)エレベータの形状の長軸構造は繊維の連結した縄のようだ。したがって縄の各部を切り分ければ、高度の異なる多数の衛星とみなせる構造物である。  もし建設当初の時点で鉛直に長軸の向いた宇宙(軌道)エレベータの形状が完成しても、このようなわけで、時間の経過とともに、公転する軌道高度によって、衛星の角速度が高高度ほど遅い角速度の関数原理だから宇宙(軌道)エレベータは横に寝てしまうに違いない。 宇宙(軌道)エレベータの完成後、時間経過に従い各高度の部材は角速度の違いから時間に比例して鉛直軸から離れていく。宇宙(軌道)エレベータを縄のようになぞらえて、縄の両端を引っ張り張力を与えたとしても、縄は電柱間に張り渡された電線が重力で一様に一定の力が懸けられたとき懸垂架曲線を描くようになる。この懸垂架曲線は凧揚げの凧糸にも模型飛行機のゴム動力にも姿を現す。 ただし宇宙(軌道)エレベータに作用する力では一定の力ではない。高度と時間という人為から乖離した条件に定まる。 したがって宇宙(軌道)エレベータは高度と経過時間に比例した角を与える原理から曲線を描いて鉛直軸から離れていく。時間を増すほど、宇宙(軌道)エレベータの建設計画形状と異なる曲線へと変化する。  論文では「軌道エレベーター不可能説」として宇宙(軌道)エレベータが鉛直に長い形状にできない事が明白なそうだ。素直に受け入れるべき真理だ。  それなのになぜ宇宙(軌道)エレベータ推進派は学理に疎い素人のくせに、間違った考えを続けるのだろうか。 宇宙(軌道)エレベータ推進派の「軌道エレベーター石原藤夫金子隆一49ページから50ページまでの抜粋」を以下に引用する。   「(5)横に寝てしまわないだろうか? ・・軌道エレベーターは横に寝てしまわないのか?というまことにもっともな疑問である。一般に人工衛星が地球を周回する周期は、高度が低いほど小さい(短時間に1周する意)。・・・つまり衛星が空を走る速度(角速度)は、低高度ほど大きいのだ。だとすると、図・・のように、軌道エレベーターの低い部分は速く動こうとし、高い部分は遅く動こうとし、、したがってエレベーター全体は横に寝てしまうか、またはバラバラになってしまうか、するのではないだろうか。ちょっと考えると、そうなりそうにも思える。事実、そういう論文を発表して、「軌道エレベーター不可能説」を唱えた人もいる。  しかし、軌道エレベーターに作用する力をよく考えてみると、真の意味での引力は、地球の重力場による式・・のちからのみであり、それは当然、つねに地球の重心の方角を向いている。  また、周回していることによって軌道エレベーターの内部にあらわれる見かけの力である式・・の遠心力は、地球重心と反対の向きのみを向いている。軌道エレベーターに作用する力、または軌道エレベーター内に静止している物体にはたらく力は、この2つの力の和だから、その向きは、とうぜん、地球半径方向―つまりは最初に想定したケーブルの軸の方向―のみである。 だから、軌道エレベーターを横にしたりバラバラにしたりするような、・・ちからは、はたらかないのである。 この疑問は、軌道エレベーターを初めて知った人の多くがいだくもので、一種の力学クイズみたいな問題なのである。軌道エレベーター石原藤夫金子隆一49ページから50ページまでの抜粋」  さらに宇宙(軌道)エレベータ不可能説には付け加えがある。  2つ目の不可能は鉛直に伸ばす力の存在がないことである。  衛星となっている事から鉛直に働く力は作用点ごとに高高度方向と地球中心方向が一対となって、それらはすでに釣り合っている。余分な力はない。一つの力が二重に作用するはずもない。  したがって宇宙(軌道)エレベータの両端を鉛直に伸ばす力は存在しない。  余分な力が存在していれば、宇宙船内に浮いた直方体の全ては鉛直に長軸を向けなければいけない。しかしそんな現象はお目にかかれない。  宇宙(軌道)エレベータの両端を鉛直に伸ばす力が存在しないので宇宙(軌道)エレベータは不可能である。  3つ目の不可能説に付け加えもある。  宇宙(軌道)エレベータのアンカーを高高度に運ぶ時、鉛直に直線で運ぶことができない。したがって、その軌跡上にテザーが張られるので、テザーは曲線を描き鉛直線上に並べられない。  なぜなら衛星の軌道は高度を上げるとき、衛星の進行速度を減少させる。高度は時間をかけてついには高度がます。高度を上げるまで時間がかかる。そして鉛直軸よりも進行速度を減少させた時点で宇宙(軌道)エレベータの鉛直計画線から離れてしまう。衛星が静止するには赤道周と同じ面内を周回すること、真円に近い軌道である必要がある。ところが衛星が高度を上げるとき真円度を減少させ、楕円軌道をたどって、以前の高度よりも高い頭上に表れるが、楕円軌道であるがゆえに速度も変動を続け、角速度も変動を続け、決して静止状態にはならない。テザーは楕円軌道上に曲線となって張られる。  したがって、この3つめの理由からも宇宙(軌道)エレベータは不可能である。  

  • 発射台のロケットは自重をどうやって支えているのでしょうか?

    御世話になります。 サターン・ロケットやスペースシャトルは、重い機体を発射台でどのようにして直立させているのでしょうか。 特にスペースシャトルは、軌道船、外部燃料タンク、固体燃料補助ロケットを含めたら相当な重量だと思いますが、3つがどうまとまっているのか不思議です。 テレビなどでは、軌道船と外部燃料タンクの間に細い支柱のような構造物が見えますが、どうも頼りない感じがします。 発射台も脇から支えていて、発射の瞬間に切り離されるのかなとは想像しますが。。 サターンのようなロケットだと1段目に全ての重量がかかるわけですから、そこはよっぽど頑丈にできているのでしょうね。 また、液体燃料ロケットの点火方法もご存じの方があったら教えてください。スペースシャトルだと脇から火花のような噴出があって、その後すぐに燃料に点火するように見えます。 宜しくお願いいたします。

  • 宇宙エレベーターって原理的に可能なのですか?

    政治的や技術的な問題は別にして原理上可能なのでしょうか? 静止軌道上に大きな衛星を浮かせてそこから地上に極めて軽く丈夫なベルトを下しこれを伝わって物資を運ぶ・・・とは言いますが。 ちょっと考えた問題点をいくつか 1、地上からベルトを伝わって貨物を持ちあげる場合衛星の公転周期は当然24時間ですが貨物の重さによって衛星は引っ張られ高度が下がり公転周期は短くなり結果として西の方向に傾く、これを修正する為に衛星をロケットエンジンで軌道修正しなければならず大きなエネルギーを使う。 軌道エレベーターの前提である極めて少ないエネルギーで物資を宇宙空間に運べる、と言う事があやしくなる。 2、地上から宇宙へ行く間に非常に強い風が吹きこれは1の場合と同じで衛星の軌道を乱す事になり軌道修正が必要になる。 3、物資の高度によりベルトを下に引く力が大きく変わりそれは衛星の軌道を狂わせる事になりその意味でも絶えず軌道修正は必要になる。 要するに宇宙空間に浮いている物を下から引っ張る訳なので非常に不安定になりとてもじゃないが実用性は無い、と思うのですがでもそんな事は当然研究された結果の宇宙エレベーター構想なのでしょうから私の考えが間違っているのかもしれません。 どなたか詳しい方分りやすく教えて頂けませんか。

  • 宇宙(軌道)エレベータ構想に潮汐力は利用可能か?

     宇宙(軌道)エレベータという潮汐力を利用した構想が大手建設会社と大学教授から提案されています。本も出ていますが信じられません。  宇宙ステーションから鉛直にテザーという紐を伸ばして地上の荷物を吊り上げ宇宙に向けてカウンターウェイトを操作するそうです。宇宙(軌道)エレベータの形状を鉛直に支える力を潮汐力と遠心力から得るという構想です。  潮汐力と言えばまず月の引力による潮の潮汐がその事例です。 その潮汐力や遠心力では宇宙(軌道)エレベータ構想を成功させることができないと思うのですがいかがでしょうか。教えて下さい。  宇宙(軌道)エレベータの鉛直に伸びた形状を支え、テザーを鉛直に潮汐力で伸ばすには棒や針が鉛直に立つ現象が実測できなければ実現しないはずです。私は長い棒や針が縦に勝手に立ったり、吊り置いて自由に回転させた針が月に向いた姿を見たことがありません。その疑問を解いて下さい。  潮汐力の実例は満潮干潮の海面です。海は満潮干潮で、海面が高度10mを超えて干満します。それが主に月の引力が原因となった潮汐力です。WEB引用「潮汐力の神秘(潮の満ち干) 各地の干満差 世界最大といわれるカナダのファンディー湾の干満差はなんと15mを超えることもあるというから驚きです。 その他にも西オーストラリアのブルーム、朝鮮半島の仁川の10mも有名です」「ノルマンディー地方南部・ブルターニュとの境に近いサン・マロ湾はヨーロッパでも潮の干満の差が最も激しい所として知られる。潮の満ち引きの差は15メートル以上ある。」。  しかし私は長い棒や針が月を向いて勝手に立ったり、吊り置いて自由に回転させた針が月に向いた姿を見たことがありません。  宇宙(軌道)エレベータの鉛直に伸びた形状を支え、テザーを鉛直に伸ばすには棒や針が鉛直に立つ現象が実測できなければ実現しないはずです。  ところで海水では水のあらゆる部分に均等に潮汐力が作用している。潮汐力は海面を押し、満干潮汐を発生する。潮汐力が弾性体なら月方向に伸びるような応力と、弾性体の形状にひずみを発生させるように働く。水は非弾性体だが流体なので流れ集まって海面を月に向けて上下させ潮汐を起こす。  潮汐力は場の歪をともなわないがあらゆる部分に均等に作用する。あらゆる部分に均等に作用する性質は地球重力の性質、そして遠心力の性質でもあります。  どうやら自由に吊り置いた針が付きを指してくれない原因は均等にあらゆる部分に作用する性質が潮汐力にあるからだ。潮汐力が月にめがけて、棒や針を向けない。いくら針の感度が良くても向かない。  どうやら作用点をよく再考し原因を考えねばいけないようだ。作用が針の末端の作用点に集中すれば、たとえば磁針のように磁極めがけて回転し向きを変えるはずだ。磁針では針の末端に磁界傾度が強くなる。針の末端に磁場傾度急峻に変化して磁力線が集中する。  ところが潮汐力は針の末端に力が集中しない。だから針も長い棒でも自由に回転させても月をめがけた向きへと方向が変わらない。磁針に対する磁場のような場の歪が、潮汐力にあれば針は月をめがけてでも回転する筈だ。したがって潮汐力には場の歪をともなわない。  ところで宇宙(軌道)エレベータではテザーという紐が地球から鉛直に宇宙ステーションの外側へカウンターウィトと一緒に伸びていくと構想している。  このように宇宙(軌道)エレベータの形状が鉛直に伸びるためには磁針に働く力のような場の変化が必要だ。しかし潮汐力にはそのような場の変化はないので、宇宙(軌道)エレベータ構想は失敗する。もちろん重力や遠心力も磁場と磁針のような磁界のひずみがないので宇宙(軌道)エレベータの形状が鉛直に伸びることは起きないと考えます。

  • 無重量状態について

     無重量状態を説明するのに円軌道においては遠心力と重力が平衡状態である、と一般的に言うけれども、この説明では円軌道から少しはずれると無重量状態ではなくなるはずであるが、実際は無重量状態である。どのようにせつめいできるものなのでしょうか?  またロケットが弾道飛行中も無重量状態である。弾道飛行から円軌道に入る場合を考えると、延期同情では無重量状態である。弾道飛行中の無重量状態と円軌道上の無重量状態は異なっていて、弾道飛行から円運動になると突然無重量状態が切り替わって遠心力があらわれるのでしょうか?  よくわかんないんですよね。。よろしくお願いします。

  • 宇宙エレベータの敗北宣言はいつあるのか

    宇宙エレベータについての話です。 宇宙エレベータができると信じている学者がいます。  予備実験を最近して彼らは完成できず完敗したのですが、なぜ敗北宣言なり、その映像なりを公開しないのでしょうか。  問1敗北宣言はいつするか?  問2なぜ敗北宣言なり、その映像なりを公開しないのでしょうか。  問3できないことをできると強弁する彼らをどうやって説得したらよいでしょうか。  問はこの3つです。  説明すると、宇宙(軌道)エレベータというものは、静止軌道の宇宙ステーションから鉛直に伸びた、テザーという縄にエレベータの箱を支えさせ、赤道付近の地上局から宇宙ステーションまでエレベータやロープウエーのように人や荷物を運ぼうという構想だそうです。  鉛直の縄の天上にはカウンターウェイトという錘を先端にとりつけて、上空に縄を伸ばしたり縮めたりするそうです。  さて縄を鉛直に伸ばす方法があるでしょうか。成功を願う学者は昨年実験したのですが、縄をためしに伸ばそうとして成功しませんでした。同じロケットの実験で同時に2件の実験があったようです。  どちらも失敗したのですが、敗北宣言をしないままのようです。  この敗北を私は当然のことと思います。成功を願う学者は力学を理解していません。  成功のためにはたとえば、彼らは潮汐力を利用するそうです。  もし潮汐力がエレベータの建設や維持に利用できるほど存在するなら、それなりの現象がすでに観察されているはずです。  たとえばテザーを鉛直に伸ばすときには、もし潮汐力が働くなら、宇宙遊泳中の飛行士の周りのロープが、たとえばジャックの豆の木のように天に向けて直立運動をしないとなりません。そんな姿を見たことが私にはありません。  潮汐力がエレベータに使えないとわかる事例はもう一つこんな事例からもわかるはずです。  宇宙遊泳中の飛行士の周りや、船内にもし水滴が浮かべられたら、もしテザーが鉛直にぶら下がるなら、その水滴は鉛直方向にフットボールの様な紡錘形にならねばならぬでしょう。テザーの錘が潮汐力で天に上がっていくのならそのときにも、水滴は船内の鉛直方向に長軸を持ったフットボールの紡錘形を示すはずです。  そういう目に見える潮汐力が、ほんのわずかも存在しない状態で、宇宙エレベータの建設や維持や、運営ができないのです。でも私はそんな紡錘型の水滴を見たことがありません。  現象の姿を彼らは無視するのですが、心の目を開けるにはどうしたらよいでしょう。

  • スペースX社のロケットについて

    今年になってからイーロン・マスクが率いるスペースX社が、新しく再生利用できるロケットの打ち上げに成功したというニュースを知りました。(ドラマのMARSの中でもシーズン1のラストエピソードのエンディング近くに出てきます。) 映像で見る限りでは、サターン型のロケットを一旦打ち上げた後に、上空で逆噴射を 行なって垂直に下降し、また地上に着陸する、というタイプのロケットのようです。 私はサターン型のロケットの大部分は燃料ブースターのためにあるのだと思っていたので、途中でブースター部分を切り離すことなく逆噴射をするのを見て驚きました。(以前にもどこかで見たような気もするのですが) イーロン・マスクは今後そのロケットで月面着陸計画を立てているようですが、そのまま、燃料ブースターを切り離すことなく大気圏離脱及び地球の周回軌道投入・離脱、はては月の周回軌道投入・着陸をするのでしょうか?ブースター部分の重量分だけ余計にエネルギーが必要だとおもうのですが、ロスじゃないですか?誰か解説をしてください。 イーロン・マスクは今後そのロケットで月に2名の宇宙飛行士を送り込む計画を発表していますが、実現できると思いますか?

  • 宇宙ゴミ(スペースデブリ)の集塵機は、どのような?

    宇宙ゴミ(塵)を家庭用掃除機のような吸塵機では収集できないと思いますが、 無数の小さなデブリをどのような方法で集めることが出来るのでしょうか。 ある程度集め、収集宇宙機と合わせた重量では、共に大気圏内に落下、突入させるためには、軌道制御に相当の燃料が必要になるのではないでしょうか。 そのような燃料を積んで行けるのでしょうか。