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軌道エレベーター派

伝統ある「軌道エレベーター」の名の復権を目指すサイト(記事、画像の転載は出典を明記してください)

専門書・論文レビュー(4) 宇宙エレベータ ~科学者の夢みる未来~ほか

2009-05-30 07:59:13 | 研究レビュー
宇宙エレベータ ~科学者の夢みる未来~
日本科学未来館、ウオークほか
(2007年)

宇宙エレベーター こうして僕らは宇宙とつながる
アニリール・セルカン
(2006年 大和書房)



(2010年3月5日付記)
 アニリール・セルカン氏が論文の盗用を理由に、本日、東京大学から学位を取り消されたことをご存じの方は多いと思います。
 この件を含み、これまで浮上している氏の業績・経歴詐称疑惑には軌道エレベーター絡みの研究も含まれていますが、このページの扱いを思案した結果、付記を添えた上で本文は引き続き掲載することとしました。この付記自体は、この日のために以前から用意していました。
 正直なところ、書籍を紹介したのは失敗だったかも知れません。しかし、専門書としてお勧めできるものではないということは、あらかじめ本文中でも述べていますし、宇宙飛行士候補などという肩書も「本人がそう言っている」というニュアンスで書いておいたので、そのまま伝わればそれでいいと考えました。

 一方アニメですが、本作に登場する軌道エレベーターについては、基本原理や構造に矛盾はなく、建造の手順や、複数の既存の材料を使った場合の試算も行われています。トラス型の構造体を地上に接地せずに運用し、地上部分は軽量素材のシールドで保護するというデザインにもオリジナリティを感じます。未知の要素は多々あるにせよ、一つの研究成果と呼ぶに値するものでした。
 そして氏はこのアニメに登場するモデルを「ATA型」と呼びました。氏がATAと称するものは発表の時と場によってバラバラで、独自性が疑わしいものが多いですが、本作に登場するモデルをそう呼ぶなら、私はATA型と呼べるまともな研究成果(セルカン氏自身による研究成果かどうかは別として)が、少なくとも一つは存在すると認め、その意義も研究価値もあると考えます。軌道エレベーター特有の課題はありますが、本作のモデルの科学的考証自体に、嘘は見いだせないからです。

 その設定の確立に氏がどこまでかかわったのか、詳細は不明ですが(個人的にはほとんど関与していないのではないかと思うのだけど)、人物のスキャンダルによって、作品や研究モデルまでインチキだと思われるのは惜しい。本作は海外でも上映されました。多くの人たちに、軌道エレベーターの存在を知らせたはずです。むしろ、氏に疑いの目が向けられたからこそ、本作の内容そのものを虚心に評価して記録し、伝えるのが、このホームページが目指す役割でもあると考えています。安易に記述を削除することで、愚行と心中させたくない。
 本作が軌道エレベーター研究に多様性を与え、普及に貢献した事実を、登場するモデルの学術的な価値を、軌道エレベーター史から抹殺してしまいたくないのです。

 こんな理由から、本文には手を加えずに掲載を続けます。ご理解いただければ幸いです。


(以下、本文)
 工学博士でNASAの宇宙飛行士候補と称するアニリール・セルカン氏による、軌道エレベーター (アニメのタイトルは「宇宙エレベータ」。以下OEV)を取り上げた書籍と、監修したアニメーション作品。
 書籍については、「宇宙エレベーター」と題してはいるものの、実際にOEVについて割かれているのはほんの数ページで、ほかはセルカン氏の半生やこれ以外の研究などに終始している。全体としてセルカン氏のエッセイの趣が強く、率直に言ってあまりお勧めできない。
 一方アニメは日本科学未来館をはじめ、全国の科学館などで上映され、子供たちの興味を誘う、OEVの知識への入口として、これ以上ないほどの素材を提供してくれている。この功績は比類ないものと言えるだろう。このため「軌道エレベーターが登場するお話」ではなく、こちらのコーナーで扱うこととした。
 OEVがビジュアルで具体的に描かれていることもあり、今回はアニメ作品の方を軸に紹介したい。

 本作に登場するOEVの本体は、比較的珍しいトラス構造をしており、トラスに沿ったレールを外側からグリップする形でエレベーターが上下する。静止軌道へとつながるOEV本体は地上とは接触しておらず、静止軌道から吊り下ろされる状態で宙に浮いていて、乗降時以外は地上と接触していないらしい。
 対流圏の上限程度の高さまで、やはりトラス状で漏斗形の構造物が、このOEV本体を包む込むように覆っており、これが風雨など気象の影響からOEV本体を守るウインドシールドの役割を果たしている。
 トラス構造はレインボーブリッジなど、現実の橋梁を連想させる趣もあり、見た目にもオリジナリティ溢れる、魅力あるデザインになっている。

 OEVとしての基本原理は、1回目で紹介した金子隆一氏らの「軌道エレベータ」などと変わらないのだが、このアニメにおけるOEVは建造過程において、前者とまったく異なるプロセスを用いる。
 本作に登場するこのOEVのモデルを、セルカン氏は「ATA型」と名づけている。これはセルカン氏の母国、トルコ建国の英雄ケマル・アタチュルクにちなんでつけたのだという。
 このATA型は、静止衛星ではなく、もっと低い軌道を周回する人工衛星から造り始め、地球を高速で周回しながら上下に成長させていき、軌道重心を上にずらしながら減速。地上に達する長さになった時点で任意のポイントに停止(静止軌道に重心を置き、地球の自転と同期)させ、固定建造物のように使用するというものである。この成長期間中も、小~中規模のOEVとして使用しながら増改築していくというもの。

 ここで、OEVの基本形の、日本における2大流派とでもいうべき、異なる2つの建造方法を紹介しておきたい。
 アニメに登場するOEVの発想はセルカン氏の独創ではない。先行研究で有名なのは、ハンス・モラヴェックのいわゆる「非同期型スカイフック」などである。スカイフックとは、上空または宇宙に位置し、エレベーター機能を持つ構造物で、ようは地上まで達していない小型のOEVである。このうち非同期のスカイフックは地球を周回しながら、小型のOEVとして使用する。ロケットやシャトル、スペースプレーンなどと接触して人や物資などを移し替え、高軌道へ運ぶもので、規模や形状は多様である。
 一方、エドワーズ本などで採用されている工法は、まず静止衛星を打ち上げ、地上との相対位置を動かさないまま、上下にケーブルを伸ばしていく方法で、「ブーツストラップ工法」などと呼ばれいる。
 ここでは、上記の2種類を便宜上「スカイフック型」「ブーツストラップ型」と呼ぶこととする。ATA型はスカイフック型の発展形だが、強いて言うならブーツストラップ型とスカイフック型のハイブリッドと言えるかも知れない。
 海外ではブーツストラップ型を前提にした研究が主流のようだが、日本においては、このアニメとブラッドリー・C・エドワーズ氏の「宇宙旅行はエレベーターで」の影響で、スカイフック型とブーツストラップ型が認知度を二分している。。。というより、両者を区別できていない人もけっこういるのではないか。

 どちらが優れていると一概にはいえず、二者択一のものでもない。ATA型では、周回しながらOEVを巨大化させ、最終的に任意の位置で地上との相対速度をゼロにするという手間は途方もないものだろう(仮に全長5万kmだとしても、地上基部と先端の速度成分の差は時速4000km以上になる)。
 しかしその一方で、いまだ実現していないカーボンナノチューブなど素材の安定生産を待たないと建造に着手できないブーツストラップ型に対し、今ある素材ですぐ造り始められるという強みがある。OEVを成長させていく間に、素材の改良を待てばよいわけだ。実際に、本作では別の素材を用いた場合の試算が行われている。

 比較についてこれ以上述べてもレビューの範囲を超えてしまうので、このOEVの区分について興味をお持ちの方は、「軌道エレベーター学会」のコーナー(カテゴリー)にアップした「ブーツストラップとスカイフック -宇宙エレベーターの基本形の分類-」をご覧いただきたい。

 この作品は、昨年7月にシアトルで開かれたOEV研究者による国際会議"2008 Space Elevator Conference"('08SEC)で上映されたほか、沖縄で開かれたG8会議でも披露され、各国の閣僚や官僚の目に止まり、数カ国が上映を打診してきているとのこと。
 これを日本が制作して世界に発信していることは誇るべきことである。この作品が制作されたことや「宇宙旅行はエレベーターで」の刊行、米国のSECに日本人が初めて、それも5人(私も含まれております)も参加して研究発表したことなど、ここ数年の日本での動きは、OEVの記念すべき転換期として歴史に刻まれるのではないか。

 いずれにせよ、子供たちがすぐに見られるアニメという形でOEVの知識を普及するこの作品の価値ははかり知れない。以前にも触れたが、SFの物語(この場合はアニメ)の形で触れる知識は、それを実現しようという夢やきっかけを人々に与える。
 SFに描かれる発想を軽視する人は多く、OEVもそうだったが、これは想像力の貧しさにほかならない。ツォルコフスキーが「月世界旅行」などを書いたジュール・ヴェルヌから多くのヒントを得たように、SFは近未来に可能になりうる科学技術のモデルの宝庫なのである。ロケットが実用化されるまで、それは空想科学小説の中のものだったではないか。発明や発見、技術の発展は、かつて見た夢や理想を実現しようと挑む人たちに成されてきたのだから。
 この作品がきっかけとなって、将来科学者や技術者となり、OEVの実現に貢献してくれる人物がきっと現れることだろう。

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専門書・論文レビュー(3) 宇宙旅行はエレベーターで

2009-05-19 13:30:58 | 研究レビュー
ブラッドリー・C・エドワーズ、フィリップ・レーガン
関根光宏訳
(ランダムハウス講談社 2008年)


  現在、軌道エレベーター(本書では「宇宙エレベーター」。以下OEV)研究者の筆頭格ともいえるエドワーズ氏らによる、OEVの可能性と付随する諸問題を総合的に扱った一 般向け専門書。その考証の範囲は実に多岐に渡り、およそ考えられうるほとんどの側面からの考証を行っており、まさに待望の書と言える。
 本書では、様々な可能性を検討した上で、建造すべきOEVの形態を次のようにまとめている。

 静止軌道上のステーションからカーボンナノチューブ製のケーブルを垂らし、浮遊型の海上基地と連結。ケーブルを昇る敷設装置で2本目以降を増設 し、最終的にケーブルを幅1m、全長10万kmにする。約300基の敷設装置は使用後に末端に集めてカウンター質量として利用する。昇降機は、ケーブルに しがみついて上下するタイプで、レーザーによるエネルギー供給。米国を建設主体として想定しているため、建造予定位置は南北緯約35度までの地帯のいくつ かの候補地のうち、中-東部太平洋の赤道域を第一に挙げている。
 建設費は日本円で約1兆円だという。1兆円といえば、日本の国家予算の約80分の1、東京湾アクアライン建設費の3分の2である。
 OEVの構造やケーブル素材の検討、立地条件と仔細な建造プロセスなどをデータの裏付けを持って説明し、ふだん科学に親しみのない読者には敬遠されがちな数 値や計算も、無理なく挿入されている。そしてOEVの実現によって、タイトル通り宇宙旅行が身近になるのはもちろん、月や火星への足がかりとして宇宙開発の 発展にどれほど寄与するかを述べる一方で、ケーブルの破断や防衛の重要性などの課題も知ることができる。

 。。。が、本書で紹介されているOEVの建造プランは、少々割り引いて考えなければならないと私自身は考えている。
 特に惜しまれるのは、ケーブルを昇降機がクモのように昇るという1種類のOEVの紹介に終始していること。本書は私たちの現状から最短距離のOEV建造を念頭に置いて書かれているため、やむを得ないことではある。だがOEVとはこの形しかないという固定観念を植え付けるのではないかと心配で、実際、日本での研究はエドワーズ氏のプランにおんぶにだっこという現状にある(これもいたしかたない面があるが)。昨年テレビで見たある作家による解説も、本書の完全な受け売りで少々呆れた。

 「リニアモーターによる磁気浮上方式は採用しない」と言いきっていることは残念。OEVといえば、リニアトレインが内部を昇降する、巨大な煙突のようなもの を連想するのは私だけではないだろう。リニアによるエネルギーの回収は、OEVの最大の売りの一つだと考えていたからだ。
 建造費が1兆円というのも、純粋な建造費以外の費目に分類できるであろうコストを極力除外したもので、構想のアピールのため少なからず誇張も入っていると思われるほか、北半球に建造することにこだわりすぎている感もある(いずれも悪いとは思わないが)。
 追い追いこのサイトで紹介していくが、OEVの建造方法には、本書とはまったく異なる、それでいてもっと効率が良いと思われる方法が多様にある。そうした多彩な構想や研究の現状について、終盤に広く浅くでも紹介すればより充実したものになったと思われる。また他の構想との組み合わせで、本書で提示されている課題を相互に 解決できることもあろう。このほか世界情勢の分析について、宗教との兼ね合いにも触れて欲しかったと思うのは欲張りすぎだろうか。

 後半では、かなりの紙幅を割いて、OEVを使った宇宙旅行のシミュレーションや、月と火星のOEV建造構想まで話が及んでいるが、遠慮なく言えば冗長な上、スマート過ぎる宇宙旅行の想像が、かえって本書を山師臭い代物にしてしまっているように思えてならない。いずれにしろ、ここに至るまでに相当な情報量になっており、読了には根気が要るかも知れない。

 とはいえ、これほどの包括的専門書の登場は、日本では当サイトでも紹介している、石原藤夫・金子隆一両氏の「軌道エレベータ」(裳華房)以来実に11年ぶりのこと。逆にどう して今までなかったのかと思うほどで、今後のOEVの認知に大きな貢献をするであろうとともに、OEVに関するトピックの貴重な参考書となるのは疑いない。
 OEVに少しでも興味を持たれた方に、いわば種本としてお勧めしたい。

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専門書レビュー(2) Audacious & Outrageous: Space Elevators

2009-05-05 00:02:32 | 研究レビュー
Space Elevators
An Advanced Earth-Space Infrastructure for the New Millenium
D.V.Smitherman,Jr.(2006 reedited from 2000 edetion)

Audacious & Outrageous: Space Elevators
NASA(2000)

http://science.nasa.gov/headlines/y2000/ast07sep_1.htm


 写真左は1999年、米航空宇宙局(NASA)マーシャル宇宙旅行センターで開かれた、Smitherman氏を中心とする軌道エレベーター(本書ではSpace Elevatorだが、以下OEVと略す)に関するワークショップの内容をまとめたもの(2000年刊行のものの再版)。右はそれを要約したレポートで、NASAの公式サイトに掲載されている。トップにそれぞれ添えられているOEVの想像図(下段に拡大図を掲載)は多方面で利用され、OEVに多少でも造詣のある人にはお馴染みだろう。

 タイトルにある通り、1999年当時、目前に控えた新千年紀にお目見えするであろう巨大インフラの骨頂としてOEVを扱っており、21世紀中に実現することを念頭に置いてまとめられている。このため、想定されているOEVには、現在の技術がある程度発達した後に応用される様子がうかがえる。逆にいえばこの規模のOEVは「実現は当面無理。21世紀後半から可能」と随所で唱っており、建造のための研究ではなく検討部会による報告書的な色彩が強い。

 本書(ここでは主に出版物の方)の内容はOEVの原理をひもとき、ツィオルコフスキー以来のOEV史を概観した上で、現在の研究の現状を要約し、その発展予想をした感じで、OEVの基本原理と機能、必要な技術上の課題をほどよく簡潔に列挙してまとめてある。入門編として非常にわかりやすい。 NASAサイト版はこの要点をさらに簡潔にまとめてあるので、初めてOEVの知識に触れる人や、OEVに関する海外の文献を読もうとする人なら、まずこれから始めると良いかもしれない。

 すでに要約されている本書のレビューを行うことは蛇足かも知れないが、両者でわずかに違いもあるので、紹介しているOEVの形状を総合してまとめてみたい。赤道上に高さ50kmの基部を設置し、上空のケーブル突端には、カウンター質量として小惑星を持ってくるもので、昇降機の動力は電磁気推進型=リニアトレインを想定している。
 冒頭のイラストと併せて考えれば、ケーブルは単なる細い紐ではなく、リニア本体を包み込むガイドレールとして機能している形状が類推できる(ただし、糸巻きのような部分もあるので、あるいは吊り下げ型なのかも知れないが)。OEVと地上の結節か所は、重力的に安定しているという東経70度のインド洋上、モルジブ諸島付近。第二候補がガラパゴス諸島に近い西経104度の西太平洋上。この形態のOEVが「21世紀末近くには実行可能」だという。

 初出から9年近く経過しているため、炭素素材の供給源兼カウンター質量として小惑星を捕獲する案は、現在では見られなくなった感がある。この点に関しては、地球に近づいてくるまで待っているほかない小惑星を捕獲して、うまく地球の公転軌道に乗せるというのは、やはり無理があったと言わざるを得ないが、NASAがOEVについても検証を行ったことは特筆すべきだろう。
 反面、地上基部は高いに越したことはない。海上などにケーブルを下ろすタイプのOEVは、単純にケーブルが風に揺れることはありえるし、強風についてあまり心配の必要がないとしても、OEV自体の固有振動の原因(OEVは、タイプによっては振動の逃げ場がないという欠点を持つ。この場合は内部にこれを打ち消す機構が必要になるという指摘もある)にもなりうるため、本書で触れているタワー建築技術の現状と発展も、選択するOEVの型にもよっては重要な意味を持つ。

 本書では以下の5つの主だった技術の促進が実現を決定的にすると述べている。
 (1)カーボンナノチューブに代表される高硬度素材 (2)テザー技術 (3)地上基部の建築技術 (4)高速度のリニア技術やレール開発 (5)輸送効果と実用性(の向上)。

 OEVの基礎と課題をほどよく抑えてあるという点では他の専門書と同様だが、着目したいのは、上記のようなOEVの各所に用いられる要となるであろう技術の、スピンアウト面を丁寧に紹介している点だろう。いうまでもなく、OEVに用いられるすべての技術は既存のものであり、今も発達を続けている。
 本書は、こうした技術が今世紀の間にどれだけ発達するかということを視野に入れていて、「OEVに必要なこの部分にはこの技術が応用できる」、逆に「OEVの建造のためにこの技術が発達すればこんなことにも利用できる」といった相乗効果の広がりを読み解くことが可能である。
 たとえば、本書ではOEVの昇降システムに電磁気推進を想定しているが、その先行技術としていわゆるマグレブ(磁気浮上式鉄道。JR東海のものやドイツのトランスピッドなどが有名)に触れ、この技術の延長としてマスドライバーやレールガン(いずれも電磁気的に物体を加速させて発射するシステム)も紹介している。このほかタワーの建設技術や太陽光発電がOEVによって大規模に可能になることなど、それぞれの紙幅はわずかずつだが、各技術の応用の範囲がOEVにとどまらず、多面的な広がりを持っていることが理解できるだろう。
 また、本書はSF小説に発想の下地を置いていることこを公言し、「SFが現実になろうとしている」と語る。科学技術の発展が、夢物語を実現しようという情動に支えられていることをよく著わしている。

 本書が再版されたことは、近年のOEVへの関心の高まりの表れではないだろうか。ここで想定されている型のOEVはまだ道のりは遠いかも知れないが、文中にはクラーク卿の「(OEVは)誰もがそれを笑わなくなった50年後に実現するだろう」というよく知られた名言が引用されている。
 21世紀末までの長期的視野で書かれている本書の描くOEVの姿は、この言葉にふさわしいのではないか。

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専門書・論文レビュー(1) 軌道エレベータ -宇宙へ架ける橋-

2009-04-29 19:51:41 | 研究レビュー
軌道エレベータ -宇宙へ架ける橋-
石原藤夫・金子隆一共著
(1997年 裳華房=画像左、新書版)
(2009年 早川書房から復刊=同右、文庫版。タイトルは「軌道エレベータ""」に変更。下記の本文は復刊前のママ)


 サイエンスライターの金子隆一氏と、作家の石原藤夫氏の共著による軌道エレベーター(本書では軌道エレベータ。OEVと略す)専門書。
 間違いなく日本初、そしておそらくは世界初であろう単独のOEV専門書であり、本来なら筆頭に挙げるべき、OEV史上決して外せない1冊である。

 現在OEV専門書の代表格はブラッドリー・C・エドワーズ氏の「宇宙旅行はエレベーターで」(ランダムハウス講談社)といえるが、同書がOEV実現構想をあらゆる側面から考察した「OEV総合計画書」とでもいうべき趣を呈しているのに対し、こちらはOEVの原理と構造を丁寧に説明した「OEV教科書」といった印象を受ける。自然科学系の教科書を数多く出している裳華房らしいとも言えるかも知れない。
 あとがきにもある通り、「OEVとは何か?」を知る上での必要十分条件をまさにぴったり満たしており、この点においてエドワーズ氏の著書を凌ぐ親詳さを有している。

 驚くのはそのわかりやすさ。それなりに数式が盛り込まれているのだが、地球重力圏からの脱出速度やOEVの強度など、読めば自分で計算して検証が不可能ではない程度のレベル。厚さも手ごろで、新しい知識に触れる喜びを感じ、わくわくしながら読んだものだ。

 本書で説明されるOEVの基本原理は、当サイトの「軌道エレベーター早わかり」で説明している通りだが、OEVの建造プランとして小惑星を捕獲し、アンカーウェイト兼炭素材料の供給源に使用することや、昇降機にリニアを使用し、位置エネルギーを電力として回収する(つまり上りエレベーターのコストの大半を下りが供給してくれる、またはその逆)などのアイデアが大きな特徴。
 金子氏はこれに先立つ「アインシュタインTV」書籍版(1991年 双葉社)、その後の「新世紀未来科学」(2001年 八幡書店)などでもこの構想に触れている。この点もエドワーズ氏と大きく異なる点だろう。小惑星については、その後もっと簡便な建造プランが多数提案されたのでもはや見られなくなった感があるが、その他の構想は10年以上経った今もOEV理論の重要な基礎を成している。

 また、マスコン(重力ポテンシャルの異常箇所)にOEVの重心が徐々に引きずられてしまうという問題点(現存する静止衛星もこの問題を抱えている)を、複数のOEVを静止軌道上のリングで連結して解決するというアイデアを紹介しており、実現すれば実に理想的な構造であろう。個人的には、このオービタルリングの構想は、OEV特有の弱点である、エレベーターの上下運動の反動によるコリオリの作用の解消にも利用できると考えている。
 さらに遠心投射機としてのエレベーターの価値も強調しているほか、後半では月や火星のOEV構想、非同期型軌道型のOEVや極超音速スカイフックなどのアイデアも紹介している。

 アーサー・C・クラーク氏の「楽園の泉」(早川書房)でOEVを知り、この書で本格的知識を身に付けた人は多いだろう。暫定的な分類だが、この本の読者はいわばOEV支持者の「第2世代」なのではないかと感じる。K.ツィオルコフスキーやY.アルツターノフ(いずれもOEVの発想を発表した研究者)など、ゼロからOEVを発案した人々は第1世代、私のような「楽園の泉」の読者以降が第2、そして今、「宇宙旅行はエレベーターで」や、日本科学未来館制作のアニメ「宇宙エレベータ~科学者の夢みる未来~」などで増えている人たちが第3世代である。

 非常に残念なことだが、本書は現在絶版状態で現在手に入らない。当時はOEVの認知度はあまりにも低く、時代がついてくるのに時間がかかり過ぎ、人々の無知の中に埋もれてしまった名著だった。だからといって古典扱いするのはふさわしくない。「宇宙旅行はエレベーターで」を翻訳した関根光宏氏も、本書で調べてOEVの価値への認識を深め、出版社に「宇宙旅行─」の日本での刊行を勧めたという。この本が欲しくて復刊を望むOEVファンは多いことだろう。 

 本書を、もはや最新情報に追いつかなくなった、時代遅れな書と位置づける意見も聞くが、決してそんなことはない。それらは基礎と応用の差でしなかく、本書で述べられているOEVの基礎が変化したり無効になるようなものでは決してない。本書は今なお、OEVの知識への入り口として、その基礎知識や原理を学ぶのに、もってこいの良書であり続けていると考える。

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