軌道エレベーターが崩壊したらどうなりますか？

質問

長さ３万８０００メートル。秒速７，８キロ。
いくら静止衛星軌道上にあるとはいえ、倒壊すれば巨大な鋼のムチが地球に撒きつくわけですから、仮に人類が全滅しなくとも文明が崩壊するぐらいのレベルになりそうな気はするんですが、でも実際はどうなんでしょう？

隕石と違って純粋な重力による倒壊なので、速度よりも自重による影響の方が大きいでしょうし、そもそも「倒壊」であって「崩壊」と呼んでいいのかも分かりません。
大きさもたぶん映画や小説にでてくるような分厚いものではなく、ロープウェイみたいな細いものになるんじゃないでしょうか？
そうなると大災害というより大事故ぐらいでは？

ちなみに、崩壊した場合のシュミレーションを昔見た事があるんですが
１、地球に巻き付く
２、基底部のアンカーから切り離し、遠心力で地球の外へ飛ばす
３、途中で切れて、半分が撒き付き、半分が吹っ飛ぶ
４、バラバラになり、破片が地球に落下、半分が地球の外へ
の４種類だったと思います。

１、は地球が被害を受け
２、は地球の被害が減りますが、宇宙ステーションが巻き込まれます
３、はそれぞれの被害が半分づつ
４、は状況不明（破片になるのでそれぞれの被害は最小限になりますが、広範が拡散）

４を採用し、エレベーターにいくつか「くびれ」を造り、緊急時はバラバラにする、という話は聞いた事がありますが、そうすると今度は強度の問題が出てきます。
また、１を採用しても運良く地球の外に弾き飛ばされるとは限りません（バランスよく配置しているので）。

さらに、テロや事故に弱いという構造的欠陥も抱えたままです。
そのうえ、赤道にしか配置できませんし、勢力バランスや環境問題（日光や衛星）もあります。
実際の軌道エレベーター像（在り方や運用も）を考えなければなりませんが、それに伴う被害はどういったものになるでしょうか？

回答No.4

ruehas · ベストアンサー

こんにちは。
キム・スタンリー・ロビンソンが「グリーン・マーズ」で描いたような衝突が地球で起こるならば、赤道上の熱帯雨林は大打撃を受け、地球環境は一気に温暖化することになります。
衝突エネルギーによる火災と海水の蒸発によって一時的には「核の冬」を迎えますが、その後、温室効果による急速な温暖化に転じ、熱帯雨林が再生されなければ温暖化は止まりません。食料問題や極地融解など、世界規模で深刻な二次被害に見舞われると思います。

ですが、そのシミュレーションは恐らく、飽くまで落下事故が発生した場合によるものだと思います。では、いったいどうやったら軌道エレベーターは落下するのでしょうか。
これは、「人工衛星はどうして落ちて来ないのか？」と同じ問題になります。
軌道エレベーターの中心部は静止軌道上で秒速３ｋｍという軌道速度を持っています。この軌道速度が一気に減速されなければ地球に向かって落下して来るということはありません。
人工衛星の高度を下げるためには軌道速度を減速させる必要があります。この際、高度が下がるときに落下加速が加わり、速度は速くなります。ですが、衛星はこれによって地球に引き寄せられながら加速してゆくわけですが、真っ直ぐに衝突しない場合は地球の反対側に飛び出してしまい、裏側に達したところで元の速度に減速されることになります。このため、軌道速度をゼロに近くして垂直に落下させない限り、軌道エレベーターは楕円軌道を描きながら地球の回りを延々と周回し続けることになります。従いまして、中途半端な減速では軌道エレベーターを地球に衝突させることはできません。そして、何かの力を加えない限り、この楕円軌道が自然に乱れて地球に落下するまでには数百年から数千年が掛かります。

人工衛星の軌道高度を変えるというのは極めて困難な作業であり、将来、テロ組織がこれをやるとしてもたいへんなことだと思います。
また、本体が静止軌道を離れますならば周期は地球の自転とずれますので、どんなに頑丈な構造でも地上部は引きちぎられてしまいます。そして、エレベーター・レールがたいへん軽い素材であるならば、その末端は空気抵抗によって大気圏の外にはじき出されてしまうと思います。ですから、エレベーターが千切れない素材であるとするならば、それは地球に巻き付いてくるということですね。

お礼

こんにちは～。
＞赤道上の熱帯雨林は大打撃を受け、地球環境は一気に温暖化することになります
＞温室効果による急速な温暖化に転じ、熱帯雨林が再生されなければ温暖化は止まりません
なるほど…。
もっとも、「核の冬」の時点で人類は全滅だと思いますが、問題は規模ですね。
軌道エレベーターは地球から見たら極細のワイヤー程度ですし、隕石のように加速度のついた質量ではないので（自重による倒壊のみ）、果たしてどの程度の被害なのか？

＞「人工衛星はどうして落ちて来ないのか？」
＞この軌道速度が一気に減速されなければ地球に向かって落下して来るということはありません
アンカー（ステーション）を切り離せば自重で倒壊（遠心力の減退による落下）しないか？…と考えてるんですが、意外とケーブルのみでもバランスを保てる（というかこれらを想定してそのように造るかもしれませんね）かもしれませんね。

＞真っ直ぐに衝突しない場合は地球の反対側に飛び出してしまい、裏側に達したところで元の速度に減速されることになります
いわゆる「弾かれる」という奴ですね。
仰るとおり、垂直に突入は無理ですから不安定な状態でフラフラ揺れながら（ヤジロベイ）円を描く（楕円形）という事になりますかね。

う～ん…；
一度建ててしまうと、意外とそう簡単には倒れない？という事ですかね…（むしろ建てるまでが大変）。
仮に倒れるにしても、仰るとおり＞この楕円軌道が自然に乱れて地球に落下するまでには数百年から数千年が掛かります、自然の力では数百年から数千年ぐらい掛かりそうですね。

＞人工衛星の軌道高度を変えるというのは極めて困難な作業であり
実際には何周もしながら慎重に少しづつ角度を変えていきますね。

一番効果的なのは、３分の１あたりで千切れるのが理想的なのかな？
しかし、アンカーが残っていた場合、上３分の２はそのまま静止軌道に留まる可能性も否定できませんね。
結局、建設までが大変であり、建設後はむしろ意外と頑丈と捉えるべきなのか…。

回答No.6

nourider

軌道エレベーターは厳密に赤道上にある必要はないと聞きました、赤道付近であることには変わりがありませんが、多少の上下は許容範囲内なのだそうです。
また赤道付近で最も気象条件の安定している場所は南米沖なので、おそらくそのあたりの公海上に建設されるでしょう。

また、レトロフューチャーな想像図ではバカでかい東京タワーみたいなものを描いているのですが、おそらく現実には海に浮かんだ大きめの石油掘削船のような浮動プラットフォームから、カーボンナノチューブか、それ以上の張力を持った未来のワイヤーが空に向かって伸びているというものになりそうです。
またこのワイヤーは上向きの張力が常にかかっています（静止軌道上にある構造物（ステーション）よりも高高度におもりを付けている）から、事故で切れたときは地球上に落ちてこないで糸の切れた風船のように空にむかって上がっていくものと思います。

衛星が衝突する可能性ですが、確かにゼロではありませんがものすっごい低いものです、また軌道エレベーターが実現すると、軌道上から発進でき、衛星軌道を動きながら監視する宇宙船の実現ができますので、それを使って高度軌道部分の監視はできます。

また、地上付近部分の悪天候やテロなどによってワイヤーが切られたとしても、ワイヤーを宇宙に向かって自由放出してやれば静止軌道上のステーションはほとんど被害を受けませんし、そこから上と下に同じ長さのワイヤーを伸ばしていけばまた再建も容易です。

もちろん以上の考えには静止軌道上にスペアのワイヤーを常備しておく必要がありますが、いったんワイヤーを張ってしまえば静止軌道まで持ち上げることにかかるコストは今の百分の一以下になるでしょうから、これまでの常識では考えられないような大きさの構造物も建造可能だと思いますから、問題は小さいと思われます。

お礼

＞軌道エレベーターは厳密に赤道上にある必要はないと聞きました
確か、赤道が最も安定してるだけで、別に不可能というわけではないらしいですね（実際に東京やアメリカ・イギリスに建造する話もある）
ただ、「現在の」技術レベルでは赤道で造るのがもっとも安定してるとか。

＞ワイヤーが切られたとしても、ワイヤーを宇宙に向かって自由放出してやれば静止軌道上のステーションはほとんど被害を受けませんし、そこから上と下に同じ長さのワイヤーを伸ばしていけばまた再建も容易です
そうなんですよね。
ただ、問題はうまく宇宙に向かって放射できるかどうかですね…。
基底部とステーションからワイヤーを切り離したとして、問題は最初の事故（切断）が何処で発生したかですね。
中継地点より上の場合は遠心力で重力を振り切る可能性がありますが、下の場合は重力につられて落ちる可能性が大です。

＞静止軌道上にスペアのワイヤーを常備しておく必要がありますが
恐らく最終的には複数のケーブルで支える感じになると私は予想しております。
＞これまでの常識では考えられないような大きさの構造物も建造可能
私はどちらかというと巨大な建造物が出来るより、複数のケーブルを建造する事になるんじゃないかとみています。
一度に大量に持ち上げられる方が、静止軌道上での運搬を考えると楽なのは確かですが、一番の問題は‘地球から宇宙に上げる事’であって静止軌道での運搬は遥かに楽であると推察されます。
そう考えると、リスクヘッジの方が大きいと思いますので、細いロープウェイが大量に作られる事になるんではないかと…。
（例えばの話、東京に１つ、京都に一つ、といった具合に…）

補足

そろそろ締め切りたいと思います。
答えて下さった皆様ありがとう御座います。
全員にポイントを差し上げたいのですが、誠に僭越ながら選ばせて頂きました。
どうか気にしないで頂けると助かります。
この度は有意義な御意見誠にありがとう御座います。

回答No.5

naigel

宇宙エレベーターの設置点は赤道上でなければならないので、私は個人的にシンガポールだろうと勝手に予想しております。
ここから静止軌道までワイヤー（おそらくカーボンナノチューブ製）を張ると、現在稼動している約６００個の人工衛星は接触の危険にさらされます。さらにはデブリ化した廃棄衛星や破片、数万個は地上からのコントロール不可能物体で運を天に任せるしかありません。
ＩＳＳは１日に地球を１６周します。１周の間に地球は２２．５度自転をしますが、約３ヶ月で両極を除いて地球をなめる様に通過するわけです。
だから宇宙エレベーターなんか作るの止めようよ！作らない方がいいよ！
ＭＲクラークはとても楽観的でした。宇宙の巨大構造物には必ず「宇宙ののたうち」が起きる。これは衝動や摂動によるものです。そののたうちを計算に入れて、飛行物をひらりひらりと かわせば　いいと小説の中で言っていました。
しかし今の時代あまりにも衛星やデブリが多すぎるのです。
ワイヤーが切れたときの危機回避は節を沢山作って、適切な切り離し作戦をとるしかないですね。重力もあるし、遠心力も働いているので、３６０００キロメートルのワイヤーが地球を鞭打つ事はないが、どこで切り離すかで、被害の予測はつかないですね。
でも始めに事故や被害の話ありきは、あんまり楽しくないね。

お礼

＞人工衛星は接触の危険にさらされます
個人的に軌道エレベーターが建設されると、衛星はほとんど不要になるかと思います。
といいますのは、ステーションから直接観測することが可能になり、また必要に応じて派遣する事が可能となるからです。
その代わり、秘密衛星の撤去が必要となり、まぁどこの国も賛成しないでしょうね…（事実、賛成してませんし…）

＞スペースデブリ
デブリはどの道、宇宙事業の妨げになりますから撤去は必須かと。

＞ワイヤーが切れたときの危機回避は節を沢山作って、適切な切り離し作戦をとるしかない
バラバラにする場合、かなり細かくしなければなりませんが、そんなに節を作ると今度は構造上の問題が出てきます。
むしろ、節を作るというより地上の基底部から切り離し、宇宙に弾き飛ばすやり方の方が安全だと思うんですが、その為には今度は基底部の安全性に問題が出てくる。
また、弾き飛ばすにしても下の部分はかなり残りますので、基底部周辺は甚大な被害を受けますな。

＞でも始めに事故や被害の話ありきは、あんまり楽しくないね
ま、建設は安全第一ですよ。
こればっかりは仕方ありません。

回答No.3

ultraCS

起動エレベーター崩壊後の世界を描いたSFとして、キム・スタンレー・ロビンソンの火星三部作(グリーン・マーズ、レッド・マーズ、ブルー・マーズ(未訳))というのがあります(ただし、舞台は地球ではなくて火星です)。SF作家なら考える題材なのでしょう。
第一部の「レッドマーズでは」、軌道エレベーターが破壊される情景が描かれています(崩壊過程は1です)、破壊は火星社会における激しい逃走の結果としておこるので、科学や技術の問題と言うより、社会的問題に帰結します。
第二部のグリーン・マーズでは崩壊後の世界を舞台にしています。赤道上にぶっといカーボン構造体が横たわった世界ですね。
実はレッド、グリーンともに積ん読状態でまだちゃんと呼んでいないので、興味があればどうぞ。

火星ですから、津波などは発生しませんが、地球の場合、落下する場所のかなりの部分が海で、近傍では津波や高潮も危惧されます。ただ、地球質量に比べれば、エレベーターとアンカーのモーメントはさほど大きくないので、崩壊が文明の崩壊につながるという所までは行かないと思いますね。まあ、落ちてくるところに住んでいるミー者にとってはそうも言ってられないでしょうが。

お礼

＞科学や技術の問題と言うより、社会的問題に帰結します
実際、科学的問題よりいわゆる人災が８割近く（科学者によっては９９％がヒューマンエラーだと言う人もいます）に登るらしいですね。

＞レッドマーズ・グリーンマーズ
ちょっと調べましたが、かなり分厚い本のようで…；
ちなみに書いてる人も理系ではなく文系の人間のようで、賛否両論（？）みたいですね…；
でも、今度書店で見かけたら買ってみたいと思います。
火星に関する生活についてはけっこう（？）緻密に書いてるらっしゃるようなので（これが鬱陶しいという人もいるみたいですが…；）、一度読んでみたいです。

＞落下する場所のかなりの部分が海で、近傍では津波や高潮も危惧されます
私もこれが気になり、スマトラ沖地震を考えると、文明崩壊までいくかな…と思ったんですが、起動エレベーターが出来る頃には、先にあげたようにバラバラに爆破する方法もあるので、どうなのかな～と…。

あと、地上の場合、いわゆる「核の冬」も考えられるわけですが、これだった先に挙げたとおり…。

回答No.2

cosmos-kt

軌道エレベータに関しては、古いものでは1950年代にソビエトの科学者アツターノフが考案して、その後A・C・クラークなどがSF作品として発表。その後、日本ではTVアニメ「オーガス」やアニメ映画「サイレントメビウス」のシンボル的なガジェットとして存在しています。

技術的には、検討が始まったばかりで、質問にあるようなリスクについては、まだ検討が行われていない領域でもあります。そもそも、建造方法が検討がつかない・・宇宙から、ケーブルを垂らすのか？はたまた、地球上から建造していくのか？それによって、構造はまるっきり違いますし、完成後の崩落に関しても同じです。

さらに、これが完成すると、宇宙ステーションが要らなくなります。実際には、宇宙側にアンカーが必要になるため、ここに宇宙ステーションを建造することになります。その方法については、SF作家でもあった「石原藤男氏」などが提案しています。

今の技術では、残念ながら・・・ウィスカーのような細いケーブルで支えられるだけの強度を出すことは困難なため、バベルの塔ならぬ、宇宙への塔を建造することになるのかも知れません。

しかしながら、このような建造物を建設して、運用するとなると、一カ国では不可能でしょう・・・そうなってくると、一番最後のテロに関しては、余り心配しなくても良いような気がします。

また、エレベータ本体における、ゴンドラに相当する乗り物に関しては、様々な対策が施されると思います。

ともかく、ここ10年くらいで実現できるような話ではないですし、下手すれば次の22世紀での実現の話を始めたところだと思います。

お礼

日本でこそ馴染みの薄い軌道エレベーターですが、欧米ではかなり積極的に議論されてるようです。
御存知、ＮＡＳＡが「チャレンジャー」「コロンビア」と相次いでシャトルを失った為、ただでさえ遅れていた宇宙事業が完全に道を閉ざされました。
そもそも、それ以前にシャトル自体が大変な維持費が掛かり、ペイロード打ち上げもシャトルを使う事にかなりの疑問が出てました。
結局、シャトルは全て破棄される事になりましたし、そもそも最大の目玉であった国際宇宙ステーションも建造に疑問が出ています。
現在は通信技術の発達と産業技術の向上により、これら宇宙事業に手を回さなくても済むようになったからですが、ただ、宇宙開発そのものは中止されたわけではありません。
どっちみち、効率の良い輸送手段は必要になりますから、今後ますます必要とされていくと思います。

残念ながら素材がまだ十分に絶えるものが開発されてませんので、現在はまだ議論の域を出ませんが。

回答No.1

ikeikego

現実的ではない。この一言に限ります。
技術的にも不可能に近い。
つまり、安全であると確証され有用なものは造られます。
しかし、軌道エレベーターは現在必要でしょうか？
質問者殿はないものに対し心配する必要はありませんよ。

知的好奇心とするならば、専門家がわからないもの(計算しつくせないもの)をここの素人に尋ねることも無意味でしょう。

お礼

＞現実的ではない。この一言に限ります
確かに「現段階」ではそうでしょうが、必ずしもそう言えるでしょうか？
軌道エレベーター自体の理論は数十年前に既に完成しており、建設にはあとファイバーの強度を２/３上げるだけです。
不可能とまで言われた原子力発電は現在運用され、現実的でないとされた携帯とＰＣは今や世界中の庶民が使ってます。

如何なる発明も最初は下らぬ妄想ですよ…。