宇宙エレベータの次回準備実験

質問

宇宙エレベータ建設とい実現性の疑わしい事業があります。
　その実現性の疑いは実験により晴らすべきでしょう。
　宇宙でジャックの豆の樹のようにテザーという紐が大地に対し鉛直に無限長まで立ち上る現象の存在がその建設計画の前提です。
　魔法使いがロープを空に伸ばすというおとぎ話の絵本を読んだことがあるでしょう。そのロープが実在しないと宇宙エレベータの建設はできません。
　テザーと呼ぶロープを昇る、エレベータの様な運搬機械によって、地上から宇宙に資材を運びあげることを宇宙エレベータと名付け、それを実現しようとしているそうです。
　果たして宇宙でひもやロープは自然と鉛直に伸びるでしょうか。
実証実験をすべきです。
すでにその実験の一つは失敗しましたが、次回の実験はあるのでしょうか。
　実験失敗の結果は予想できます。
　たとえば宇宙船の中のロープや水の写真を観察すれば失敗がわかるのです。

　宇宙船の中で水は球体になった形状で器からこぼれて浮遊しますが、ロープが自然に鉛直に伸びる現象の存在が事実なら、宇宙船の浮遊した水は糸のように細く鉛直に伸びるべきです。
　糸のように鉛直を指す伸びた水はただの一回も宇宙船に観察されたことが無いのです。
　丸まらずに鉛直に伸展したロープの姿も宇宙の衛星の道具に観察されたことがありません。
　ロープが、均質でも両端だけが重いダンベルのようでも起きる現象は同じですから、宇宙エレベータのテザーとテザーの両端のカウンターウェイトにも同じことしか起きないでしょう。
　存在しない現象をあてにして宇宙エレベータ事業が構想されているのですが、物理数式が構想者のよりどころです。
　理解不足で誤用したために起きた数式の間違いを頑なに正解と信じた宇宙エレベータ建設構想をかかげた彼らの頑固な夢は、実験でしか晴らす事ができないのです。
　彼らはいつどのような2回目の実験をするのでしょう。

回答No.17

kon555

>>要するに潮汐力に由来する回答者の言うのと同じ足場があるという考えです。そのため潮汐力を応用する考えにいたっている。
>>遠心力と軌道と重力にはそのような関係がありません

？　ええと、もしかして質問者様は潮汐力という物理現象そのものを否定しようとしていますか？
　失礼ですが、重力が距離の二乗に反比例するという事はご存知ですか？　つまり軌道の高低により、地球からの重力の影響が変化する、という事ですが。
『宇宙エレベーターの物理学』という書籍を読んだ事はありませんが、物体の大きさｄに比例する潮汐力とは、つまり重心が軌道上にある場合、その両端において重力差からくる潮汐力が発生するという事を説明しているのではないですか？
　また静止軌道とは、角速度が地球の自転と一致している場合に、「遠心力と重力が吊りあう軌道 = 地球からの距離」ですので、当然その速度のまま軌道の内側に入れば重力が大、その外側に出れば遠心力が大となりますが、それを否定するのですか？
　その場合、質問者様の宇宙モデルにおける距離と重力との関係はいかなるものになっているのでしょうか。

　また宇宙エレベータの運用に伴うエネルギー消費については、単に「宇宙開発のメリット＞エネルギー消費」になるならば計画は実行されるでしょう。逆ならされないでしょう。それだけの話です。
　エネルギー効率云々というのも結局はここに帰結します。そして「宇宙開発のメリット」について私は論じるつもりはありません。

>>物の大きさ長さや重量は作用と反作用の法則に無関係です。いくらカウンターウェイトで連結されていても「自由空間に浮かぶ物体」です。
>>足場として使えません。それは水を足場にしてたとえば水の上を足が沈まぬ間に繰り出して向こう岸まで身体をぬらさずに池の上を走り抜ける論理が使えぬと同じです。

えっ・・・質量は作用と反作用の法則に無関係なのですか？　大質量間に渡された張力のかかったテザーは、足場として活用できないのですか？

そうですか。それは大変失礼しました。私の知識不足を全面的に認め、ここに謝罪させていただきます。質問者様の宇宙モデルは、私などでは到底理解の及ぶところではございません。
是非これからも、実現不可能な宇宙エレベータ計画の妥当に向け、その明晰なる頭脳をもってご尽力下さいませ。

お礼

＞潮汐力という物理現象そのものを否定しようとしていますか？・・、物体の大きさｄに比例する潮汐力とは、・・、その両端において重力差からくる潮汐力が発生するという事を説明しているのではないですか？　また静止軌道とは・・「遠心力と重力が吊りあう軌道 = 地球からの距離」ですので、当然その速度のまま軌道の内側に入れば重力が大、その外側に出れば遠心力が大となります・・質問者様の宇宙モデルにおける距離と重力との関係はいかなるものになっているのでしょうか。

潮汐力は運動状態の地球の自転と月と太陽との間に生まれる現象です。

何度か書きましたが、読んでない様なのでもう一度書き入れます。
「衛星の水平速度がその軌道での水平速度と一致しない時、一致するまで徐々に高度を移動し、だんだん水平速度と一致する高度に達して衛星はその高度の軌道に安定します。
上昇するか下降するかは衛星の水平速度と軌道が衛星に必要とする水平速度の差の正負できまります。高度を移動する遷移速度の大きさは「衛星の水平速度と軌道が衛星に必要とする水平速度の差」に比例します。」

ところで外側が遠心力が強く、内側が重力が強いと述べる回答者の考え方の道筋にある遠心力の扱いには特段の注意が必要です。
私と認識が違うのはそこでしょう、

　ほかの力の定義には径や直交やもう一つの力や速度などは一切いらないことから、遠心力とは別なのです。

　遠心力はたとえば径に向いたもう一つ別の力が働いている時だけその働きが発生します。
　遠心力は定義されたふつうの力と違い、演算上の仮想においていくつかの特別な条件に生まれる力です。

だから遠心力は論理に取り入れるそのたびに演算が必要で、一括りに一気に論理に含めてはなりません。

「外側が遠心力が強く、内側が重力が強い」という考え、特に構造体の大きさｄという考えには遠心力に必要な条件が抜け落ちています。一気に論理に含めてしまっています。

　遠心力について高校時代の物理学の先生がくどくど遠心力の定義と応用に注意を特別に述べていました。
　遠心力は２点の位置に一致する物体でも特別の物だけに働きます。
遠心力は一般の力と異なります。
　一般ほかの力の定義は２点を結ぶ直線に向く、定義はただそれだけです。
力は２点を結ぶ空間に存在しその位置に留まります。力はその瞬間に働きます。
　ところがそれと違い、遠心力は２点の位置に一致する物体の全てに働くのではありません。
ここに注意が必要です。
　遠心力は径に直交する速度がないと働きません。
　そして遠心力は径に向いたもう一つ別の力が働いている時だけその働きが発生します。

　ほかの力の定義には径や直交やもう一つの力や速度などは一切いらないことから、遠心力とは別なのです。

ところが外側が遠心力が強く、内側が重力が強いや構造体の大きさｄという取扱いにはすでに遠心力の条件を満たしたかのような行き過ぎがあるのです。

補足

＞遠心力が大となりますがそれを否定するのですか？

外側が遠心力が強く、内側が重力が強いと述べる回答者の考え方の道筋にある遠心力の扱いには特段の注意が必要です。

重力はご存知のように場として 考えることも可能です。 ところが遠心力は場として扱うことができません。
それなのに回答者は 遠心力をまるで場のように考えていらっしゃる。

遠心力はふつうの力と違い、演算上の仮想においていくつかの特別な条件に生まれる力で、慣性の 働きを別な方法で表しているものです。
物体のないところに慣性はないので 外側に強い遠心力の働くことはありません。
場ではないからです

回答No.16

kon555

私と質問者様の1対1のような形になっていますね。その内運営などからストップが入りそうですが、それまでは続けましょうか。
ただ当初質問者様が疑問に思われていた「テザーを潮汐力で自動的に伸張させる」という建設モデルが、少なくとも実際に建設計画を推進する大林組の動画では採用されていないのですから、これ以上のやりとりにあまり意味はないのでは？
宇宙エレベータの実用性や意義についてであれば、また別途質問を挙げた方が知見や意見は集まりやすいように思いますけど。

>>宇宙エレベータ協会でＱ０８Ａ０８
申し訳ありませんが、該当項目が発見できませんでした。
Q＆A08は
Ｑ08　なぜ、すぐに実現しないのでしょうか。
Ａ08　ケーブルに使うことのできる強さと軽さを兼ね備えた材料がまだ存在しないからです。
のような回答となっており、たしかに潮汐力に触れられてはいるものの、動力に利用するという案ではないようですし。

>>真実は衛星の水平速度が～
「角速度を自転と一致させている場合」です。角速度が一致している=低高度での周速度は遅く、高高度での周速度は速い前提です。

カウンターウェイト部の加速については、当然ながら張力その他によるエネルギーロスを補充するのは必要です。それが「加速させ続ける」形になるか、「断続的に加速させるか」は実地の運用時の話でしょうし、「加速させ続ける」必要があるなら「加速させ続け」ればいいのではないでしょうか。

着陸時というか、大気圏突入時の熱量に関してですが、テザー端末はスラスターの働きなどで角速度が一致している前提ですから、地表の時点と軌道周回速度差による対地速度差はほぼ0です。
要は単純な落下運動と認識できるわけですが、その場合もこのスラスターには静止軌道上の本体質量を支えとする選択肢がありますので、通常の突入よりも速度は容易に落とせます。なので、わざわざエアブレーキに依存する必要が無く、断熱圧縮と摩擦による発熱は、通常の大気圏突入プロセスよりも余程抑えられると思いますよ。
何度でも書かせて頂きますが、地球の自転と角速度を一致させている前提です。
(スラスターにより減速されている)

>>自由空間に浮かぶ物体がどうして足場になるとお考えになるのでしょう。
ん？　テザーは地上と本体+カウンターウェイトで連結されているので「自由空間に浮かぶ物体」ではないですよね？　で、地球は勿論ですが、本体も十分な大質量ですので、クライマーからすればこの質量間に渡されたテザーは足場として使えませんか？　潮汐力云々は関係ないですよ。
そもそも「捨てた潮汐力のアイデア」といわれても・・・別に私が潮汐力を活用するモデルを主張していたわけではないのですが。
というかこれが昇降移動に用いられるのが軌道エレベータの根本的モデルだと思うんですけど・・・これがクライマーの足場として使えないなら、そもそも宇宙エレベータって何ですか。
あ、勿論の話ですが、昇降時に消費された運動エネルギーは何らかの形で補填される前提ですよ。同等質量の逆ベクトル移動なのか、エンジン等での加速なのかはその時々でしょうけど。

>>ベクトル合成がスラスターエンジン噴射の基本です
なので複数軸のスラスター同期によって、ベクトル合成するくらいは出来るでしょう。
多少非効率的な行為になりますが、少なくとも計画の不可能性の論拠とするのは無理があるでしょうね。

お礼

＞該当項目が発見できませんでした。・・動力に利用するという案ではないようです

動力に利用する案です。
宇宙エレベータ協会のページhttp://www.jsea.jp/about-se/　　Ａ08で
「宇宙エレベーターのケーブルは、この潮汐力によって支えのない宇宙空間に直立します。（潮汐力が直立伸展と回転移動の動力です）しかも、宇宙エレベーターのケーブルは全長10万キロメートルと長いので、潮汐力がケーブルを引っ張る力も大きくなります。ケーブルを引っ張る力は、静止軌道高度のところで最大になります。」要するに潮汐力に由来する回答者の言うのと同じ足場があるという考えです。そのため潮汐力を応用する考えにいたっている。

「宇宙エレベーターの物理学　著者: 佐藤実の本では１．９２式　１．９３式のところに物体の大きさｄに比例する潮汐力が働く」と述べています。

Ａ０８と１．９２式のｄは回答者の言う「静止軌道の内側では重力が大、外側では遠心力が大になる」という人工衛星の軌道についてのへんな考え方を基礎にしています。
しかし遠心力と軌道と重力にはそのような関係がありません。

それをいうなら衛星の水平速度と、軌道を連続周回可能な水平速度すなわち軌道高度と衛星の運動という組み合わせを使うべきです。

＞「断続的に加速させるか」は実地の運用時の話

カウンターウェイトのスラスターエンジンをもし停止すると、テザーの張力はカウンターウェイトを引き戻し、カウンターウェイトの高度を下げさせます。すると伸びたゴムがもとに縮むと張力が減少するように、テザーの張力も同じく縮んだ分だけ、比例して張力が減少します。
張力が減ると困るのでしょう?
宇宙エレベータのテザーには大きな張力を設計しているのです。このエンジンの停止には張力０になる危険があります。
したがってスラスターエンジンをもし停止すると、計画の一定の張力はテザーには生まれません。

＞「加速させ続け」ればいいのではないでしょうか。

エンジンに使う燃料はどこから工面するのでしょうか?燃料費は誰が持つのでしょうか。
宇宙にはガソリンスタンドも油田もありません。
エレベータの積み荷がなかろうとつかわれる燃料なので、エネルギー効率の面でもったいないです。

＞着陸時というか、大気圏突入時の熱量に関してですが、テザー端末はスラスターの働きなどで角速度が一致している前提ですから、地表の時点と軌道周回速度差による対地速度差はほぼ0です。要は単純な落下運動と認識・・通常の突入よりも速度は容易に落とせます。

軌道周回速度を対地速度０にするスラスターの推力とは負の軌道周回速度だから絶対値は軌道周回速度を目標としたロケットエンジンと等しい超巨大な推力です。それは可愛くも小さくもない宇宙ステーション衛星用の高速度大推力の大型ロケットです。
そんな大型推力のスラスターを終始運転しないと回答者の言う計画は不可能です。
エンジンに使う燃料はどこから工面するのでしょうか?燃料費は誰が持つのでしょうか

＞発熱は、通常の大気圏突入プロセスよりも余程抑えられると思いますよ。

エネルギーの放出による熱は物理の基本です。物語で変わるものではありません。

＞地球の自転と角速度を一致させている前提です。(スラスターにより減速されている)

エネルギーの放出による熱は物理の基本です。エネルギーの放出の原因は角速度の回転運動ではありません。だから角速度一致は無関係です。運動エネルギーと位置エネルギーの放出による熱です。
テザー下端は衛星から出発して２４時間で地上に到着としたら、そのエネルギーは２４時間に分散して放出され熱を発します。
例としてスペースシャトルは２４時間で地上に帰還し丸焦げになって降りてきます。

＞テザーは・・カウンターウェイトで連結されているので「自由空間に浮かぶ物体」ではないですよね？

物の大きさ長さや重量は作用と反作用の法則に無関係です。いくらカウンターウェイトで連結されていても「自由空間に浮かぶ物体」です。
自由空間に浮かぶ物体に作用と反作用の法則が働きます。

　＞で、地球は勿論ですが、本体も十分な大質量ですので、クライマーからすればこの質量間に渡されたテザーは足場として使えませんか？

足場として使えません。それは水を足場にしてたとえば水の上を足が沈まぬ間に繰り出して向こう岸まで身体をぬらさずに池の上を走り抜ける論理が使えぬと同じです。

補足

外側が遠心力が強く、内側が重力が強いと述べるその考え方の道筋にある遠心力の扱いには特段の注意が必要です。
　遠心力は径に向いたもう一つ別の力が働いている時だけその働きが発生します。
　遠心力は定義された力と違い、演算上の仮想において特別な条件に生まれる力です。「外側が遠心力が強く、内側が重力が強い」という考えには条件が抜け落ちています。

　遠心力について高校時代の物理学の先生が遠心力の定義と応用に注意を特別に述べていました。
遠心力は一般の力と異なります。力の定義は２点を結ぶ直線に向くのです。
力は２点を結ぶ空間に存在しその位置に留まります。力はその瞬間に働きます。
　ところが遠心力は２点の位置に一致する物体の全てに働くのではありません。ここに注意が必要です。
　遠心力は２点の位置に一致する物体でも特別の物だけに働きます。
　遠心力が働く物体には径に直交する速度がないと働きません。
　そして遠心力は径に向いたもう一つ別の力が働いている時だけその働きが発生します。

　力の定義には径や直交やもう一つの力や速度などは一切ないことから、遠心力とは別なのです。

回答No.15

kon555

>>潮汐力の構想
潮汐力を起動エレベータの動力そのものに使用するという構想は、私は寡聞にして存じません。
建設の際は、少なくとも大林組はスラスター使用での加速/減速を前提にしているようですね。理屈としては、角速度を自転と一致させている場合、静止軌道の内側では重力が大、外側では遠心力が大になるのでスラスター不使用でもいけるかもしれませんが、効率の問題でしょうか。

私の認識としては、起動エレベータはあくまで建設・維持には大量のエネルギーを消費するものの、大気圏を離脱する方法としては現状の科学ロケットは無駄が極めて多いため、それと比すると極めて効率的になる、というものです。
エネルギー収支については、そもそも現状の多大な無駄との比較論で語るべき存在だと私は認識しているので、そこまで問題ではないと私は思っています。大気圏内とは比べものにならないレベルの高効率で太陽光発電が可能なので、その辺りは何とでもなるだろう、と思ってもいます。
ただこの点については、宇宙開発全体の立ち位置にも絡む部分ではあるので何ともいえません。
(宇宙開発そのものの採算性と、投入すべきリソースの話になる)

>>低高度テザー先端にスラスターをつけて地上まで落下させるそうですが～
これについては実際どうするのでしょうね。ただ角速度は自転と一致しているのですから、地球に巻きついたりはしないと思います。静止軌道の内側であれば遠心力＜重力の関係になりますし、スラスター部と静止軌道の本体との間に十分な質量差があれば何とでもなるのではないかと。

>>角速度を一致させる増速のために水平加速をカウンターウェイト部のエンジンは一度も止める事ができず
カウンターウェイト部の加速については、角速度は地球自転と一致させるのですから「加速させ続ける」必要はないのでは？　単にその遠心力にテザーが耐えられるかどうかが問題なだけ(そしてそれが最大の懸念とリスクなわけですが)で。
いや、もちろん所定の速度にするために大きなエネルギーは投入し、月や太陽の重力による加減速や、運用に伴うエネルギーロスの調整としての加減速は随時必要なのですが。

>>大きな速度を０にするブレーキのエネルギーで高温に
起動エレベータのテザー端末の場合は、角速度が一致したままなので位置エネルギーだけでは？
スペースシャトル等の着陸で問題になる「速度」とは低軌道での高重力と釣り合うだけの角速度が、自転よりも圧倒的に速いからこそ発生しているわけですから、静止軌道上から角速度を一致させたまま、地上から見れば一直線に「落ちてくる」場合はそのような高温にはならないはずですが。

>>高度最上部でスラスターエンジンを噴射します
そうなんですか？　積荷運用時の加減速に関しては、テザーという「足場」があるのですから、スラスターを使用する必要はないと思いますが。そもそもテザーという物はそのために使われるのでは？
またスラスター等を吹くにしても、何も鉛直or水平という二種から選択する必要はなく、重要物がない噴射軸線を選ぶくらいはできるでしょう。

>>潮汐力、引力を使うという構想を捨てたなら、宇宙(軌道)エレベータ協会に実験は確かに必要ないのです。それが私のゴールです。
そうですか。おめでとうございます。

お礼

ご回答ありがとう
>潮汐力を起動エレベータの動力そのものに使用する・・存じません。

ならば宇宙エレベータ協会のページ
http://www.jsea.jp/about-se/
で潮汐力を検索するとＱ０８Ａ０８の項がありますのでご覧ください。

＞角速度を自転と一致させている場合、静止軌道の内側では重力が大、外側では遠心力が
大になる

衛星が安定して周回軌道にいるとき、遠心力と引力の関係は　遠心力＝引力ですが、それはまったく上記の関係ではありません。
静止軌道の内側では重力が大にならず、外側では遠心力が大にならない。
仰ることとまったく現実が違います。

　真実は衛星の水平速度がその軌道での水平速度と一致しない時、一致するまで徐々に高度を移動し、だんだん水平速度と一致する高度に達して衛星はその高度の軌道に安定します。
上昇するか下降するかは衛星の水平速度と軌道が衛星に必要とする水平速度の差の正負できまります。高度を移動する遷移速度の大きさは「衛星の水平速度と軌道が衛星に必要とする水平速度の差」に比例します。

>角速度は自転と一致しているのですから、地球に巻きついたりはしないと思います。静止軌道の内側であれば遠心力＜重力の関係

上記で説明した水平速度の差があなたの考える力の関係と異なる事がまず回答者の考えが採用できない第一の理由です。
そして次に軌道高度に比例して人工衛星の周回周期が早いので、低い高度になるほどたなびいて(先行して) 地球にテザーが巻き付きます。着地するまでに１か月かかれば、数百周巻き付きます。昔の人工衛星は低高度しか飛べず、進化した月ロケットは月の高度を越えました。ヤチャイカとテレシコワ飛行士が通信を発しながら飛ぶので、日本でも１日の内に何度も通信が傍受できたのは低高度のため周期が早いからです。

>・・カウンターウェイト部の加速については、角速度は地球自転と一致させるのですから「加速させ続ける」必要はないのでは？　

張力をテザーには発生しているので、もしエンジンを停止すると宇宙エレベータのカウンターウェイトは地表を向いた力に引き戻されます。
テザーはゴム紐のように張力があるのです。
陸上運動関係の運動部の鍛練法に自動車タイヤをゴム紐で腰に結んでダッシュするような鍛練があります。するとゴムに腰が引っ張られるため、走っても速度が上がらずブレーキがかかります。
鉛直にテザーの力がかかれば、宇宙エレベータのカウンターウェイトは高度が下がります。張力の力の向きが鉛直方向なので宇宙エレベータの水平運動には直ちには影響がないのですが、カウンターウェイトの水平速度がそれより低高度の軌道の水平速度よりも常に大きいので、エンジンを止めたままであると追い越し先行のたなびきがテザーとカウンターウェイトに発生します。
たなびいてはいけないのですからエンジンを止められません。

そのため「加速させ続ける」必要があります。

>>大きな速度を０にするブレーキのエネルギーで高温に

全エネルギーは質量エネルギーと運動エネルギーと水位（高度）エネルギーという３惠エネルギーと化学エネルギーの加算です。
化学エネルギーと質量エネルギーが衛星の人工衛星地球帰還時の着陸迄に変化なしとすれば、速度０、高度０に変化する分の運動エネルギーと高度エネルギーの放出が放射熱となって生れでます。
エネルギーの考え方は物理学の理解にとって基本です。

＞起動エレベータのテザー端末の場合は、角速度が一致したままなので位置エネルギーだけでは？・・静止軌道上から角速度を一致させたまま、地上から見れば一直線に「落ちてくる」場合はそのような高温にはならないはずですが。

どんな物体も周回軌道から高度を減少するとき水平速度も減少せねば高度を減少する事ができません。水平速度が十分減速できないと、着地前にたなびき地球を周回します。
さらに地上から見て一直線に落ちるためには、角速度を地球自転と一致した一定にしなければならないので、さらに高高度の軌道の水平速度から一気に着地時の速度0まで急減速をしなければならない。

>>高度最上部でスラスターエンジンを噴射します・・・テザーという「足場」があるのですから、スラスターを使用する必要はないと思いますが。そもそもテザーという物はそのために使われるのでは？

宇宙は自由空間とも言われます。自由空間に浮かぶ物体がどうして足場になるとお考えになるのでしょう。

もしや捨てた潮汐力のアイデアに回答者はまだすがっていらっしゃるのではないでしょうか。

＞またスラスター等を吹くにしても、何も鉛直or水平という二種から選択する必要はなく、重要物がない噴射軸線を選ぶくらいはできるでしょう。

ベクトル合成がスラスターエンジン噴射の基本です。水平スラスターと鉛直スラスターは直交して重心で交わり、その直交関係が固定されないと衛星は回転し姿勢の制御が不能になります。
その２エンジンを噴射すれば噴射軸線選べますが、噴射方向は一つは必ず鉛直です。

回答No.14

kon555

>>疑問に応える内容がどこにも見つからず長すぎて苦痛です。
それは大変失礼しました。
https://www.youtube.com/watch?v=Yef1RQfQgrI
の動画で言えば4:00～5:00辺りになります。

そして実験スケジュールに関してですが、貴方が質問文で仰っているような
>>果たして宇宙でひもやロープは自然と鉛直に伸びるでしょうか。 実証実験をすべきです。
に相当する実験は行われません(既にその旨回答済みであったようにも思いますが)。なぜなら根本的にそのような技法で建築が行われないからです。

私含め数名がなぜ技術論の話しかしないかといえば、貴方が思っているような工法で建築が行われない以上、貴方が思うような実験は行われず、スケジュールなど存在し得ないからだと思いますよ。

お礼

＞動画で言えば4:00～5:00辺りになります。

回答ありがとう見てみました。
　しかし潮汐力の説明部が見当たりません。
　失った理由は何でしょう。

テザー先端にスラスターをつけてどうやら減速させ、地上まで落下させ、建設の場所となる衛星本体は低高度軌道から静止軌道を通り越して最高高度まで建設スケジュールに合わせて上昇して最後はカウンターウェイトとして運用する。

これは本に書かれた建設方法とも違う。また以前の大林組のインターネットにあったと記憶する建設方法ともいつのまにやら変わった。もはや私の知る宇宙エレベータ構想というものではないと知りました。

まだ指摘した欠点は多数残されたままです。が、建設自体は可能かもしれません。そして潮汐力の説明はどこに行ってしまったのでしょう。おまけですが、衛星の高度を低高度からはるかかなたの高高度まで上昇させるので、当初のエネルギー効率は全く失われました。そして運用時のエネルギー効率もエレベータ運用中に１０日からひと月に亘る長時間、鉛直下方に向けてエンジンを積み荷の質量にかかる重力を支えるエネルギーが必要です。支えるだけでなく質量と移動距離の積にみあうエネルギーを上昇移動に転換するので大きなエネルギーをエンジンから消費します。
　上昇に転換するエネルギーは潮汐力を原資とするのが以前の宇宙(軌道)エレベータの構想における利点だったので、エネルギーの利が新しい構想では存在しません。利点が失せたのです。

指摘しても残されたままの欠点、-たなびき-については、いまだ解決できていません。
カウンターウェイト部は最高高度にいるので周回周期は１日よりも長く地球の自転の１日と角速度を一致させないと、たなびいていきます。

その角速度を一致させる増速のために水平加速をカウンターウェイト部のエンジンは一度も止める事ができず、おおきな出力を連続維持しなければなりません。
エネルギーを大消費して理も利もありません。
低高度テザー先端にスラスターをつけて地上まで落下させるそうですが、スラスターが着地するまでに時間がかかるので、たなびいて地球にテザーが巻きついてしまいます。

巻きつかないように減速をすると、わずかな時間のうちに巨大な推力をスラスターに放出させねばならなくなります。
この巨大な推力のスラスターは現在存在しません。

ところでアポロ船、スペースシャトル船のいずれも、周回軌道からの地球帰還に２４時間程度、船体が溶けてしまうほどの大エネルギーから高温にさらされ、地球に戻ります。
それは衛星のあまりに大きな速度を０にするブレーキのエネルギーと、高度ｈから高度０まで高度差ｍｇｈのエネルギーを空気まさつの熱として着地の前までに放出するからです。この温度に耐えるスラスターは無く、素材はありません。

さて宇宙エレベータの積み荷ロード運用時ですが、そのとき宇宙エレベータの高度最上部でスラスターエンジンを噴射します。噴射方向は鉛直下方、水平加速方向と２種類が選択できるでしょう。

鉛直下方には宇宙エレベータがあるので、噴射すれば自己破壊します。だから下方には使えません。

残る水平加速方向では高度の上昇、エンジン出力によって張力の増加する以前にカウンターウェイトを上昇させるので水平方向の角速度が地球の自転角速度よりも水平加速によってさらに増加させねばなりません。
エンジンは常に連続大出力の上、重ねて積み荷ロードの質量と高度に見合った出力を足さねばなりません。
このエンジンの運用はエレベータが終点まで移動するのにひと月かかるならひと月続けなければならないのです。
どうしてもエネルギー効率は低く、大損失するでしょう、。

＞そして実験スケジュールに関してですが、貴方が質問文で仰っているような・・なぜなら根本的にそのような技法で建築が行われないからです。

宇宙エレベータ協会の構想と、推進者の書いた本に書かれた潮汐力はもはやあなたの構想では利用対象ではなくなったと理解します。

潮汐力を使わない大きな方針転換について旨宇宙(軌道)エレベータ協会は、今まで喧伝してきた以上、内外に表明する責任があるので、正式にアナウンスすべきです。
公式に表明した論文や出版物がある以上不可欠のアナウンスです。協会を作り会員を勧誘したのですから方針転換は全会員と関係者だけでなく世間が知るべきです。

＞私含め数名がなぜ技術論の話しかしないかといえば、貴方が思っているような工法で建築が行われない以上、貴方が思うような実験は行われず、スケジュールなど存在し得ないからだと思いますよ。

潮汐力、引力を使うという構想を捨てたなら、宇宙(軌道)エレベータ協会に実験は確かに必要ないのです。それが私のゴールです。

そういう実験の不要論は同時に、協会設立者の学者の権威失墜は否めず、論理の自己否定です。

回答No.13

kon555

まず大前提として、建設に多大な困難は伴います。現在の技術力で実現可能なのか、と言われれば私も疑問です。

しかし現状の建設の構想であれば、以下のページをご覧下さい。大林組の解説ページです。動画も公開しています。
https://www.obayashi.co.jp/news/detail/news_20130730_1.html

動画単体はこちら
https://www.youtube.com/watch?v=Yef1RQfQgrI

端的に言えば低軌道で建設用の宇宙船を組み立て、その後静止軌道に移動。その建設船からテザーを上下(便宜上)に減速/加速させる事で伸ばします。
実際のところ、これをどのようにして地上側と連結させるのかはよく分かりません。多分現状では担当者の構想レベルが幾つか検討中の段階だと思いますし、実際の工事でも難所ではあるでしょう。
ただし物理的に不可能なものではなく、要は強度の問題にしかなりません。現状のカーボンファイバーで可能かどうか、安定した品質か、というだけの問題です(実務上は最大の難所ですが)。

ここまでで、貴方の提示した
>>上昇中の人工衛星から伸びるテザー
>>船内から人力や数馬力程度の力で放り出しても
という辺りは、明確な誤解である事がご理解頂けるかと思います。

また
>>静止衛星をさらに加速してをハンマー投げとなるほど高速にするエンジンは構想されていません
とありますが、ハヤブサ等に搭載されているイオンジェット推進をはじめとする電気推進であれば可能です。
最大推力は科学ロケットに当然及びませんが、長時間の稼動による加速方式ですので比推力は高く、無重力環境下であればかなり高効率の加速が可能です。

当然のことながら、静止軌道レベルであれば各種抵抗はほぼ無視できるレベルですので、重要なのは比推力です。『高速にするエンジン』は既に実現していると考えていいと思いますよ。

お礼

ご回答ありがとう
＞現状の建設の構想であれば、以下のページをご覧下さい。大林組

大林組の夢を物語った１０分はきれいですが、疑問に応える内容がどこにも見つからず長すぎて苦痛です。
せっかちな私にどこからどこの何分間が、どの疑問の解消に対応するかより詳しく、折角ですので私に教えて下さるととてもありがたいです。

＞端的に言えば低軌道で建設用の宇宙船を組み立て、その後静止軌道に移動

静止軌道に限らず低軌道でも、高軌道でも落下中や上昇中でない限り　人工衛星の受ける力のうち力の大きさは遠心力＝重力です。
その高度差を移動するためにエンジンを備える無駄をどう購うのかがむしろ不思議です。１台のエンジンを衛星部にだけつけると、衛星から長く飛び出たテザーがしなったり、折れたりします。
エンジンのエネルギーもどのようにして手に入れ工面するのでしょう。軌道高度の差は燃料と比例します。だから最初に静止衛星に達しても、後から静止衛星に昇っても、使う燃料は同一です。
すなわち「その後静止軌道に移動」に意味を見いだせないでいます。言ってみれば注意を高度の移動に向けると本質を失う。論議の本質を失うために高度の移動をするのですか?

＞建設船からテザーを上下(便宜上)に減速/加速させる事で伸ばします。

宇宙エレベータの本には大林組のインターネットよりも数式など乗せてより詳しく、そして理論を並べられています。
その本には「減速/加速させる事で伸ばします」という文言はありません。文節も要旨もありません。
本に書かれたのは錘を先端につけ潮汐力によって伸ばすという論理でした。

原理がちょっと違いますね。人為の「減速/加速させる事で伸ばします」と錘の重力では原動力はかなり違いますね。本よりも回答者の私見は適切ですが。

でも減速加速すると高度が変化しますが、どの高度でも同じ角速度でないと直線にもテザーを張れません。どの高度でも同じ角速度でないと懸架曲線にもテザーを張れません。　　
そして静止衛星の地球中心に対する角速度とエンジン部分だけでなく、どの高度でも一致しないとテザーはたなびいていきます。
時間が経つにしたがって角速度の差が積算されテザーのあらゆる部位は衛星に対してたなびきます。

＞地上側と連結させるのかはよく分かりません。・・ただし物理的に不可能なものではなく

物理的に不可能でない理由を結論まで飛躍させず、基礎から詳しく内容を説明して下さい。前半の「地上側と連結させるのかはよく分かりません」と後半の「ただし物理的に不可能なものではなく」は主張が明らかに相反背理矛盾します。

＞貴方の提示した・・明確な誤解である事がご理解頂けるかと思います。

上記のように全くおっしゃることが理解できません。

＞『高速にするエンジン』は既に実現していると考えていいと思いますよ。

比推力の大きい小型エンジンは実現しています。しかし宇宙エレベータ構想にそれが使われる構想は今までどこにも書かれていません。ご回答者だけの私見です。

補足

＞地上側と連結させるのかはよく分かりません。・・ただし物理的に不可能なものではなく

いま尋ねているのは次の実験の有無予定何をするかといった事です。
上記のような文には質問の論題がすり替わっています。
上記の文異は現状の話題となっている原理や設計法、建設の手順といった技術の話題から物体へと論題がすり替わっています。
　すり替えずに進んでください。原理や建設の手順にある矛盾はそこで解決するしか方法はない。それと違うすり替えたカーボン材料の性質で解決できる物理ではありません。

回答No.12

kon555

>>人工衛星は静止軌道であろうとなかろうと周回中であることから遠心力＝重力です。

『人工衛星であれば』そうです。
しかし『軌道エレベータは人工衛星ではない』のです。『テザーにより地上に繋ぎとめられている錘』なのです。
よって遠心力と重力がバランスする必要はない、というよりも、バランスさせない(バランスしていては成立しない)のです。

この部分が軌道エレベータの構造上の要点であり、貴方の根本的な誤解です。

お礼

ご回答ありがとう。
宇宙エレベータ構想はどんな構想だったか思い出して下さい。
　すべての資材は一旦静止軌道に留まることを宇宙エレベータは建設の前提にしています。

＞テザーにより地上に繋ぎとめられている錘・・バランスさせない・・のです。

なるほど、ハンマー投げの投げられたハンマーのように高度をさらに上昇中の人工衛星がその錘とやらならおっしゃる通り。
　ただしハンマーの持ち手は地上になく、高速で空中を飛び去り続けています。どのようにして持ち手を掴み地上に固定しましょうか?できない。
　改良として持ち手を地上に固定し、テザーは無負荷でどんどん長さを延伸してみます。するとテザーには風力と地球自転角速度に不足した水平速度に対応した力がテザーの各部部位ずつに発生するために懸架曲線をテザーが描くことになります。打ち上げの人工衛星は地球を数十周してから静止軌道に落ち着くので、結局テザーはたなびいて地球に数十周以上巻き付きます。真っ直ぐ地上赤道部のある１地点にテザーを結び付けられません。
　結局あなたの構想に無理があります。
なぜなら上昇中の人工衛星、またはその人工衛星の一部であるテザー先端を地球に結びとめる術はいかなる技術にも、構想にすら存在しないからです。

　しかしあなたの構想と宇宙エレベータ構想は異なります。
　宇宙エレベータ構想はどんな構想だったか思い出して下さい。
　すべての資材は一旦静止軌道に留まることを宇宙エレベータは建設の前提にしています。
　そして静止衛星をさらに加速してをハンマー投げとなるほど高速にするエンジンは構想されていません。また構想に最高高度側のカウンターウェイトにエンジンをつける設計も存在しません。
　静止軌道に周回安定した船内から人力や数馬力程度の力で放り出してもテザーには上昇力も下降力も足りずも移動速度が遅いことから構想の形状に完成するまでに数十年かかるでしょう。形状が整った後についても数馬力以内の力でさえ引き戻されてしまうでしょう。すると、形状は構想の姿でさえなくなります。

　全てのエンジンの存在を前提に積み荷ロードに対し静止軌道に留まるように運転したとして、それは積み荷ロードを軌道まで上げるためのエネルギーと等価または操作ロスを含むのでその数倍です。何ら得がありません。
　そして構想の形状を維持するために無ロードであってもエンジンの運転が必要です。すると無負荷無ロードの条件で、エンジンはアイドリング時の消費エネルギーを損するのです。宇宙エレベータにはほとんどアイドリングの期間ばかりでしょう。
　何ら得がありません。

回答No.11

kon555

おっと致命的な誤字発見。No.10です。
不等号の向きが逆でした

『地球の自転と錘の角速度は一致しますが、この時も錘にかかる力は「遠心力＜重力」の関係になります。』
↓
『地球の自転と錘の角速度は一致しますが、この時も錘にかかる力は「遠心力＞重力」の関係になります。』

補足

静止軌道の人工衛星から放り出した錘は
＞『地球の自転と錘の角速度は一致しますが、この時も錘にかかる力は「遠心力＜重力」の関係になります。』↓『地球の自転と錘の角速度は一致しますが、この時も錘にかかる力は「遠心力＞重力」の関係になります。』

のどちらでもあり得ません。
軌道周回中の人工衛星は静止軌道であろうとなかろうと周回中であることから遠心力＝重力です。

回答No.10

kon555

もはや何を言ってもムダなのでしょうが、続けます。
少ないとは言えこの質問を閲覧している人がいる以上、一応ね。

>>ナイロン釣り糸やトイレットペーパーのような柔軟な弾性体で作られます。
その通りです。細かな物性や強度を別にすれば釣り糸と考えてよいです。ただ重要な点は、その釣り糸が「末端部の遠心力により引き伸ばされている=張力がかかっている」状態であるという事です。

貴方は延々と「果たして宇宙でひもやロープは自然と鉛直に伸びるでしょうか。」という趣旨を述べていますが、自然と鉛直に伸びるわけではありません。遠心力により張力がかかるため、地上と末端との間を直線で結ぶ形になるのです。

何も宇宙空間で、また液体で実験する必要はありません。紐を持って起立してもいいです。紐の先端に錘をつけて振り回してもいいです。その際紐は、2点間を結ぶ直線になるでしょう？

最も分かりやすいのはハンマー投げの状態ですね。遠心力により紐(ワイヤー)に張力がかかり、末端と中心を直線で結ぶ形になります。
https://photo.kachimai.jp/img_detail.php?id=7390&imgid=48700

端的にいえば軌道エレベータとは、この紐が極端に長く、ハンマーが宇宙空間に出たものです。
地球の自転と錘の角速度は一致しますが、この時も錘にかかる力は「遠心力＜重力」の関係になります。
当然本来であれば遠心力により軌道から離れていく(重力と遠心力がバランスする位置に移行するか、完全に地球関連の軌道から離脱する)のですが、テザーの働きにより繋ぎ止められているため、無理やりにその速度と高度を保つのです。

繰り返しますが、張力がかかっているのです。無負荷の紐ではないのです。ご理解頂けないと思いますが、ご参考までに。

お礼

弾性体は人為によって張力を掛けても、性質が剛体に変わることもありません。
なぜなら弾性体また剛体は物性という物理の基礎になる物体の天然の性質だからです。
そしていかなる建設においても弾性体のみで剛体は構成できません。
そして宇宙エレベータのテザーには風力やその他の力も遠心力、重力に加えてかかるのです。
従って遠心力などの合成力が弾性体に作用すると直線で結ばず、カテナリ―曲線（または懸垂曲線（けんすいきょくせん）または懸垂線（けんすいせん）とは、ロープや電線などの両端を持って垂らしたときにできる曲線）を描きます。いかなる張力であってもいかなる強度であっても曲線です。

＞地球の自転と錘の角速度は一致しますが、この時も錘にかかる力は「遠心力＜重力」の関係になります。

地球の自転と静止軌道上の衛星にかかる力は遠心力＝重力です。
「＜」でも「＞」でもありません。
もし静止軌道に向かう衛星がその静止軌道の高度より低い時、その静止軌道を目指した水平速度により、遠心力が重力よりも大きく高度が増加していきます。
もし静止軌道に向かう衛星がその高度より高い時、高度に見合った水平速度に満たないので、その高度を維持するほどの遠心力が重力よりも小さく高度が減少していきます。

静止軌道衛星の中から振り子を垂らせば垂れる事が無く、それでも、もういちど静止軌道より低い高度に振り子の錘を出せば、垂れずに逆に上昇して静止軌道の高度に戻ってしまいます。なぜなら静止軌道の水平速度により、遠心力が重力よりも大きく高度が増加するからです。

回答No.9

OKWavezz

>その微小重力がロープの鉛直屹立に利用できるという無茶な構想が
>宇宙エレベータです

微小重力は自動的に鉛直屹立することに利用するのではありません
無重力化の静止衛星内で横倒しで静止したものはいつまで待っても自分で縦になるわけがありませんから
微小重力であることは、ある程度のサイズの鉛直屹立した構造物を上下に建造する作業が容易になるのであり、ある程度まで鉛直屹立させれば静止衛星軌道から距離がある構造物の両端では静止衛星内と異なり、重力・遠心力が現象に作用する効果を持つ大きさに達して縦方向にある程度の力が逆向きに働くので、鉛直屹立した構造物を安定させるため、さらなる鉛直の延伸作業も容易にするのです

お礼

ご回答ありがとう
でも残念です

>・・微小重力であることは、・・・ある程度まで鉛直屹立させれば静止衛星軌道から距離がある構造物の両端では・・・重力・遠心力が現象に作用する効果を持つ大きさに達して縦方向にある程度の力が逆向きに働く

さきほどの「微小重力は自動的に鉛直屹立することに利用するのではありません」の回答論旨と「・・・ある程度まで鉛直屹立させれば・・・縦方向にある程度の力が逆向きに働く」の回答論旨は、スケールの大小にすり替えのために、論旨は真っ向から対立し矛盾します。そして事実とも異なります。

たとえば水平線を見るために船や池を作らずとも、手のひらに包める水平水準儀で水平線は見る事ができます。

だから回答者のおっしゃるような大きな構造物より力の作用に鋭敏に敏感な、例えば水平水準儀に使う液体であれば、すでに宇宙船内で観察が可能です。
回答者のおっしゃる難しい人工構造物よりも、小さなスケールで大きさに達したかのように人工衛星の中で水平水準儀用の液体は屹立するするはずですが、そのような現実は存在しません。

回答No.8

OKWavezz

＞宇宙エレベータは広い範囲に亘る高度の構造物で、
＞各高度を飛行する人工衛星を連結したようにもみなせます。

そもそもこれが根本的な勘違いであり、宇宙エレベータは静止軌道上にある一つの静止衛星から上下にぶら下がった構造であって、複数の高度の人工衛星の連結などではありません
この静止軌道上から上下にぶら下げる力が重力・遠心力であり潮汐力とも呼ばれます
基本的な宇宙エレベータの原理から勉強しなおすことをおすすめします

静止軌道上から伸ばした構造物は水平方向には慣性で初速のまま運動を続けるのであり、回転軌道による高度差にともなう速度の違いは延伸時の射出速度や建造物の剛性が吸収し、かかる力は垂直方向の重力・遠心力のみで水平方向にかかる力は存在しないので水平にたなびくなどという現象もおきません
あなたの理屈で静止軌道上の縦長の構造物がたなびくのなら地上にある高層ビルもたなびいて倒れてしまうことになりますが、実際にそうならないのは周知のとおりです

必要なのは上下に延ばした構造物をつなぎとめるだけの重力・遠心力に耐えうる剛性を持った材質です

お礼

ご回答ありがとう
でも残念です。

＞・・宇宙エレベータは静止軌道上にある一つの静止衛星から上下にぶら下がった構造であって、複数の高度の人工衛星の連結などではありません

回答＃３のNakay702さんのように「事実上の不連続をいかにしたら「連続構造物のように利用」できるか」と考えます。

＞・・・回転軌道による高度差にともなう速度の違いは・・・ので水平にたなびくなどという現象もおきません

宇宙での2物体の距離を人為的に増減する運動がいかなるものか、回答者は残念ながら無知です。
たとえば宇宙で宇宙ステーションに補給船が到着するとき、2つの人工衛星が任意に互いの水平距離を結果として変化させるための運動は、水平方向のエンジン噴射ではありません。第一に行うのは高度を移動する操縦です。なぜかといえば、たなびく事をランデブーに利用するためにみずから高度を移動するのです。

＞・・・地上にある高層ビルもたなびいて倒れてしまうことになりますが、実際にそうならないのは周知のとおりです

ビルディングが倒れないのは構造体の基礎部に倒さぬ応力が生じているからです。
また電車の中で立つ人間は電車の急加速減速で揺らされた時自覚して足に力を込める必要がありますが、地球の自転に対する応力は知覚も測定することもできません。応力は見たり測定できたりしません。
しかし応力に耐えるための設計を習うのが建築学です。