赤道直下のアフリカ大陸や南アメリカ大陸の西端から東に向けて
内直径10mで長さ3,328kmのチューブ軌道を水平に敷設し、この東に
カーボンナノチューブ（略称：ＣＮＴ）の円管で上昇角30度、長さ
200km、東端の高さ100kmの塔を建設し、チューブ軌道を延長し、
全長3,528kmのチューブ軌道の内部を高度100kmと同じ,海抜ゼロメー
トルの気圧の約100万分の1気圧に真空ポンプで減圧。この軌道の西端
から東に向けて、旅客や貨物を搭載した直径9mの射出体を超電導リニ
アモーター駆動で磁気浮上させ、加速度2G（19.6m/s^2）で,10分間,
加速し、高さ100kmのチューブ軌道の東端からマッハ33の第二宇宙速度
で射出する。
上昇角30度、東西に長さ200km、東端の高さ100kmの宇宙塔を構成す
る円管の表面に設置した膨大な面積の太陽電池パネルが発電した安価で
クリーンな電力による,超電導リニアモーター駆動で,旅客や貨物を搭載し
た射出体を地球引力圏外に、安価に安全に大量に高速に輸送する。
これが「宇宙塔マスドライバー」である。
CNTの超極細で微小の繊維を紡いで糸を作る技術は、国立研究開発法人
産業技術総合研究所と古河電工から共同出願特許 特許第5135620号と
5131571号として特許登録されている。長さ1.00125kmのCNTの縦糸を
複数、CNTの横糸で捲いて束ね棒1を作り,複数の棒1を同様にCNTの横糸
で捲いて束ねて棒2を作り,以下、同様に,複数の棒を横糸で捲いて束ねる
方法で,より太い棒3、棒4、棒5、・・・を作り,こうして作った棒を集成
し、長さ1.00125km、外直径が10m、内直径が9.9m、管壁の厚さが5cm
の円管（パイプ）を作る。
円管の両端と両端から250mと中央部の５箇所に厚さ5cmで直径9.9m
のCNTの板を円管の壁から垂直に設置し,円管が横に潰れるのを防ぐ。
CNTの密度を0.037とすると、この円管（エレメント）1本の重量は約59
トンである。（CNTの密度を1.4とした場合については後述する。）
対角線の長さが南北に10km,東西に10kmの矩形の敷地に南北に100m,
東西に100m毎に10,201個の点P100を設定し、最北、最南、最西、最東
のP100からは1本,これらを除く最外部のP100からは2本,その他のP100
から各4本,この円管を立て,上部の高さ1kmの位置で各4つのP100の中心
で4本の円管を束ねて四角錐を作る。こうして作った10,000個の四角錐
の頂点をP99とする。4つのP99から円管を立ち上げ同様に束ねて9,801
個の四角錐の頂点P98を作る。以下,同様に,四角錐の頂点が上の四角錐を
構成する円管を支える構造を100段（100層）重ね,高さ100kmの四角錐
の宇宙塔を建設する。
同じ高さにある四角錐の頂点は,互いに隣り合う頂点と直径50cmの
CNTの円管で接続する。円管を立ち上げて1km上で束ねる作業は,全て
自動でロボット化され,無人で行われる。円管をクレーンで持ち上げ/立
ち上げ,束ねて四角錐を作る機能を持ったロボットが自ら宇宙塔を上下
左右に昇り降りして宇宙塔を組み立てて行く。
宇宙塔の頂点P0は,P1から立ち上がった4本の円管で支えられ,4個の
P1は9個のP2から,P2は16個のP3から立ち上がった円管で支えられる。
P0からP1を第1層(円管4本),P1からP2を第2層(円管16本),P2からP3を
第3層(円管36本)・・・P99からP100を第100層(円管40,000本)とする。
この宇宙塔は、1,353,400本の円管で構成され,総重量は、
約79,327,023トンになる。円管1本の管壁の断面積は約62,753mm^2で、
P100では円管が40,000本なので、79,327,023/(62,753x40,000)=0.0316
トン/mm^2、１ミリ四方に31.6kgの圧縮負荷となる。純アルミニウム
（Al>99.7mass%）が5.61kg/mm^2,ジェラルミンが54.08kg/mm^2なの
で,宇宙塔の最下部への圧縮負荷は、ジェラルミンの圧縮強度1ミリ四方
に54.08kgより小さい。
「宇宙に届く/達する建造物は、建造物の重みで材料が潰れるか砕け散
るのでダイヤモンドのような強固な材料でも建設する事は不可能だ。」
とする俗説がよく言われているが,これは誤りで大嘘である事が明確に
理解できる。
エジプトにある世界最大のピラミッドは,建築当初は高さ146.59m,総重
量700万トン推定されており,宇宙塔は,対角線の長さが南北10km、東西
10kmの矩形の範囲に,この大ピラミッドが12個,建設されたのと同じ程度
の負荷を地盤に掛ける事になる。
この高さ100kmの宇宙塔の西側に順次、より低い塔を建設し、上昇角
30度、長さ200km,東端の高さ100kmのチューブ軌道を支える。
チューブ軌道の内直径は10m,射出体の直径は9mとし,射出体には,液体
水素タンク,液体酸素タンク,これらを燃焼させるロケットエンジンを搭
載する。射出時はロケットエンジンは動作させず、宇宙塔が発電した電
力、電磁エネルギーだけで射出する。
宇宙塔の大部分は雲の上に出ているので、日中は天候に左右される事
無く、安定して太陽電池で発電できる。東西に約200km、東端の南北の
幅が10kmの広大な敷地に建設された宇宙塔を構成する円管の表面に
設置された膨大な枚数／面積の太陽電池パネルが発電する安価でクリー
ンで膨大な電力はスマートグリッドで全世界に配電供給される。この
電力の一部を使って、宇宙塔マスドライバーは稼働する。
射出後は,射出体は自身が搭載したロケットエンジンを作動させ,目的
の宇宙ステーション、月、火星、小惑星帯などに向かう。液体水素タン
ク、液体酸素タンクのみを大量に射出して、地球高軌道やラグランジュ
点などに係留して「宇宙ガソリンスタンド」の様なものを設置し、射出
体を最小限の燃料のみ搭載して射出し,宇宙燃料スタンドに立ち寄って
液体水素タンクと液体酸素タンクを必要なだけ買い求め,自身に装着し,
目的地まで航行する事も考えられる。
これの応用として、曳舟ロケットエンジンと多数の核廃棄物コンテナ
を射出し、宇宙空間で買い求めた液体水素タンク、液体酸素タンクと共
に曳舟輸送船を組み立て、多数の大量の核廃棄物コンテナを太陽投下軌
道に押しだして投下廃棄し、廃棄後、身軽になった曳舟輸送船は次の廃
棄物を受け取りに地球近辺に戻って来る事も考えられる。
加速度２Ｇ（19.6m/s^2）の加速を10分間、続けると3,528kmを走行し,
秒速は、11.76km/sに達し、地表/海抜ゼロメートルでの第２宇宙速度
秒速11.2km/sを超える。
加速度１Ｇ（9.8m/s^2）の加速を14分間,続けると約3,457kmを走行し,
秒速は、約8.2km/sに達し、地表/海抜ゼロメートルでの第１宇宙速度
秒速7.9km/sを超える。
地球引力圏を離脱せずに単に地球周回軌道に乗るだけなら、加速度1G
で14分間、加速するだけで良い。
次に、安価に大量に人や物資を宇宙に輸送する手段として話題になる
「宇宙エレベーター」「軌道エレベーター」について考察する。静止軌
道からヤジロベイがバランスを取る様にケーブルを地球側とこの反対側
に伸ばして行き、地球側に伸ばした（垂らした）ケーブルを赤道のどこ
かに係留して、このケーブルを昇降機/クライマーで昇り降りして人や物
資を輸送するのが「軌道エレベーター(宇宙エレベーター)」である。
これを建設するには、高度35,786kmの静止軌道から地球に垂らしても
ケーブル自身の重みでケーブルが切れる事なく,昇降機の重量と走行に耐
えられるだけの「超引張強度と軽さ」を持つケーブルが不可欠である。
この条件を満たすケーブルが無い事には、軌道エレベーターの建設は不
可能である。こんなケーブルは、どこにも存在しない。誰もこんなケー
ブルを作る事は出来ない。従って、軌道エレベーターは、あくまでも、
もし仮にそんなケーブルがあったらと言う「仮」の「仮定」の「夢」の
お伽話なのである。
では何故、お伽話がこれほど話題になっているのか？ それは、CNTの
「理論値」を早とちりして、実現可能な引張強度と勘違いしてしまった
事による悲劇なのである。
1991年にCNTを発見したノーベル賞候補と言われる飯島澄夫博士は
「あれは無理」と軌道エレベーターのケーブルをCNTで作る事につて
語っていたという。何故,無理なのか?
香港理工大学のFeng Ding氏がCNTのシミュレーションを行い,ふたつ
の六角形を構成すべき炭素原子のひとつを移動させ,五角形と七角形にし
たところ,「理想の強さ」100GPaが40GPaまで大幅に低下する事を見出
した。CNTの炭素原子が全て完璧に六角形の配列である場合の「理論
値」が100GPaで,この引張強度なら軌道エレベーターのケーブルとして
使用できる可能性があると言う事で話題になったのである。
しかし、これは「理想」の「理論上」の引張強度なのである。現実に
は、全ての炭素原子が完璧に六角形の配列になるとは限らない。どこか
に歪みが生じ,五角形や七角形の配列になる可能性がある。そうなれば、
引張強度は大幅に低下し、軌道エレベーターのケーブルには使用できな
くなる。
また,仮に静止衛星高度35,786kmから地表まで全ての炭素原子が六角
形の配列のCNTのケーブルがあったとして,宇宙空間には高いエネルギー
を持って飛び交う「宇宙線」が存在する。この宇宙線がCNTの炭素原子
に衝突し、炭素原子を弾き飛ばし、六角形の配列が崩れ五角形や七角形
の配列になってしまう事は充分に有り得る。そうなれば、CNTケーブル
の引張強度は大幅に低下し,ケーブルはケーブル自身の重みに耐え切れず
に切断してしまう。切断箇所から下のケーブルと昇降機は地球に落下し
て甚大な被害を齎し,切断箇所から上のケーブルと静止軌道ステーション
やアンカーなどは遠心力で地球から離れ飛んで行ってしまう。
私が話をした何人かの科学者は,ブレイクスルーがあって軌道エレベー
ターのケーブルが開発できたとしても,それは,ここ数十年間では無理で,
今後、100年間は待つ事になるだろうと語っていた。
それでも、間もなく軌道エレベーターのケーブルは開発され,2050年
には軌道エレベーターが完成し、誰もが格安に宇宙に行ける様になると
信じる「軌道エレベーター推進派／信者」の方が大勢いる。大手ゼネコ
ンの大林組は、2050年には軌道エレベーターが完成できると語り、
「一般社団法人 宇宙エレベーター協会(JSEA)」は、ケーブルをローラー
で挟んで昇降機が昇り降りする技術を競う「宇宙エレベーターロボット
技術競技会」を開催している。
さて、信者の皆さまの願いが実現して軌道エレベーターが完成したと
しよう。高度408kmを秒速7.8kmで国際宇宙ステーション（ＩＳＳ）が
地球を90分で一周している。45分毎に赤道を北から南に,南から北に一日
に32回も横切る。地球の自転とＩＳＳの周回周期は非同期なのでＩＳＳ
が赤道を横切る位置（経度）は,刻々と変化し東西方向に移動する。軌道
エレベーターのケーブルは,赤道の何処かから高度35,786kmの静止衛星
軌道ステーションまで垂直に立ち上がっている。つまり、いずれ、いつ
かは必ず、軌道エレベーターのケーブルの高度408kmの位置にＩＳＳが
ライフルの銃弾の約10倍もの猛スピードで激突する。
更に,高度780kmの全地球を網羅/カバーする多数の軌道に66機もの衛
星電話のイリジウム衛星が周回しており、軌道エレベーターのケーブル
は高度780kmの位置でこれらと激突する。
更に更に、高度20,200kmには、全地球を網羅/カバーする６つの軌道
に各４機づつ,計24機の重さ1.5～2トンものGPS衛星が秒速3.8kmの猛ス
ピードで周回している。軌道エレベーターのケーブルは高度20,200kmの
位置では、これらのGPS衛星と激突する。
これらは、一例であって、地球の周囲を現在、4,400機以上もの人工衛
星が様々な高度を周回している。信者の皆さまは、ケーブルをクネクネ
と揺らせて,人工衛星との激突を回避すると言っているが、多数の人工衛
星が様々な高度を周回している中で,いつまでも激突を回避し続ける事は
不可能である。いずれ、いつかは必ず、軌道エレベーターのケーブルと
人工衛星は激突してしまう。
人工衛星が自身が搭載した燃料を噴射して,自らの軌道を変えてケーブ
ルとの激突を回避する方法もあるが、何回かこれを行って燃料を使い果
たしてしまえば、もうこの方法では,激突は回避できなくなる。
信者の中には,人工衛星の削減,廃棄,全廃を行えば良いと言う方もいる。
人工衛星は,地球規模の通信には不可欠で,金融取引/決済などのデータ通
信に人工衛星は不可欠である。また,地表や海面の温度観測などでの天気
予報、農林畜産水産漁業などの収穫漁獲予報予測や火山噴火/地震/津波/
台風/洪水/水害などの状況把握/情報収集などにも不可欠である。GPSに
依る全地球規模のトラック/バス/タクシー/マイカー等の無人運転と物流
効率化にTOYOTA,GMなどの大手自動車メーカーと世界中の陸運/海運/
航空輸送業界などが協力して動いている中で人工衛星は不可欠である。
スペースX社は今後、1万機以上もの人工衛星を打ち上げる計画だと
発表しており、人工衛星は増加する事はあっても、削減や廃棄/全廃は
ありえない。
軌道エレベーターは,ケーブルが命である。このケーブルが人工衛星,
スペースデブリ,隕石などと激突して損傷を受けるとそこに応力が集中
し,ケーブルが切断する可能性がある。ケーブルの切断は,即、軌道エレ
ベーター全体の崩壊となる。軌道エレベーターは構造的に非常に脆弱
な建造物なのである。
軌道エレベーターの昇降機/クライマーには、上昇でも、下降でも,速
度に比例するコリオリの力（ちから）が東から西に向かって働く。
時速200km以上だとコリオリの力が大きくなり過ぎて、軌道エレベータ
ーのケーブルが耐えられなる。従って、昇降機の上昇速度と下降速度は
共に時速200kmが限度/上限となる。地表から静止衛星軌道まで片道
35,786kmもあるので,時速200kmで走行すると約179時間、7.5日間、
一週間と半日も掛かる。昇るのにも一週間と半日も掛かり,降りるのに
も一週間と半日も必要なのである。地球引力圏を離脱するには、静止軌
道ステーションから更に高軌道ステーションまで昇って,そこでロケット
に乗り換え,ロケットを加速する必要があり、僅か10分間の2Gの加速だ
けで地球引力圏外に離脱できる「宇宙塔マスドライバー」と比較すると
あまりに遅く,長い時間を必要とする。
まとめると、
第一は、軌道エレベーターはケーブルが無い／存在しない。ケーブル
を誰も作れない。従って軌道エレベーターの建設に不可欠で必須のケー
ブルが開発できないので、軌道エレベーターの建設は不可能／無理。
建設は絶望的。
第二に、仮に軌道エレベーターが建設されると人工衛星の周回の障害/
邪魔になる。
第三に、軌道エレベーターは構造的に非常に脆弱で,ケーブルの切断
は,即、軌道エレベーター全体の崩壊となり、切断箇所から下のケーブ
ルと昇降機が地球に落下して来て甚大な被害を及ぼす恐れがあり極めて
危険な建造物である。宇宙塔マスドライバーは、強固な多数の円管で構
成されるので、隕石などが激突して円管の数本が完全に破断したとして
も、宇宙塔マスドライバーの全体が崩壊する事は無い。損傷した円管
は、至急、ロボットにより予備の円管と交換するので、修復は容易で
ある。
第四に、軌道エレベーターは、宇宙塔マスドライバーと比較すると
極めて遅い、時間が掛かり過ぎる輸送手段である。片や僅か10分間の
加速度2Gの加速を行うだけで地球引力圏を離脱できるのに、他方は、
静止衛星軌道まで昇るのに一週間と半日を要し、更にそこから高軌道
ステーションまで昇り、ロケットに乗り換え、ロケットを噴射して加
速して、やっと、地球引力圏を離脱できるのである。静止衛星軌道か
ら地表に降りるのにも一週間と半日も必要である。
非現実的なCNTの引張強度の「理想の値」「理論値」を拠り所とす
る軌道エレベーターに対して,宇宙塔マスドライバーは,現実的なCNTの
圧縮強度を根拠にしている。宇宙塔の円管に要求される圧縮強度は,1
ミリ四方31.6kgとジェラルミンの圧縮強度の1ミリ四方54.08kgより小
さく開発は可能と考えられる。
人工衛星の殆どは,高度1,000km以上を周回する。恒久的でない短寿命
のスポット的な人工衛星ですら高度は120～150kmである。従って,高さ
100kmの宇宙塔マスドライバーは,人工衛星の周回の邪魔にはならない。
また、射出は、全ての人工衛星の位置を把握した上で,どの人工衛星とも
激突しないタイミングを精密に計算して行うので,人工衛星の周回の障害
にはならない。
宇宙塔マスドラバーは,赤道直下に建設/敷設するのが理想的であるが,
北アメリカ大陸の西海岸から東海岸に向けて建設しても良いし,ロシアの
モスクワからシベリアに向けて建設しても良い。中国本土のゴビ砂漠か
ら東に向けて建設しても良い。日本は国土が狭いので,あえて建設する
なら与那国島から南鳥島に向けて,EEZと一部は公海の海底にチューブ軌
道を敷設し,南鳥島に上昇角30度,長さ200km,東端の高さ100kmの宇宙塔
を建設し(宇宙塔は南鳥島を食み出す!!島の周囲の埋め立てやメガフロー
トを考慮する必要がある）射出するしかない。
CNTの密度は、1.4として計算すべきとの指摘があったので、1.4とし
て計算すると、円管１本の重量は2,218トン,底辺の対角線の長さが南北
に10km、東西に10km、高さが100kmの宇宙塔の重量は約30億トン、
この宇宙塔の最下部への圧縮負荷は、11.5GPaとなる。
住友電工の資料では,ダイヤモンド（結晶）の圧縮強度は 9～17GPa
との事なので、CNTの密度を1.4とした場合は、宇宙塔の最下部の円管
はダイヤモンドと同程度の圧縮強度が必要となる。
「さとうひろし」は、「宇宙塔・自立塔型 宇宙エレベーター」の
著者です。その内容は高さ300kmの宇宙塔を建設する話です。
そのホームページは
https://uchuutou.jimdo.com
です。内容の一部が無料で読めますので是非、ご覧下さい。宇宙塔の構
造概略図もご覧戴けます。この作品はamazonでのみ取り扱っています。
https://www.amazon.co.jp/宇宙塔-～自立塔型宇宙エレベーター～-さとうひろし-ebook/dp/B01NGUIU9K/ref=tmm_kin_swatch_0?_encoding=UTF8&qid=1537308498&sr=8-4
Kindle Unlimited登録の方は無料で、他は税込250円で電子書籍版が
読めます。紙に印刷して製本した紙の書籍版は税込1200円です。
CNTの引張強度シミュレーションの結果、引張強度が40GPaしか無い事の詳細は、
https://www.gizmodo.jp/2016/06/xx_2.html
を御覧下さい。
質問やお問い合わせなどは、satouhiroshi4649@gmail.com
へ送信して下さい。
宜しく御願い申し上げます。
以上
内直径10mで長さ3,328kmのチューブ軌道を水平に敷設し、この東に
カーボンナノチューブ（略称：ＣＮＴ）の円管で上昇角30度、長さ
200km、東端の高さ100kmの塔を建設し、チューブ軌道を延長し、
全長3,528kmのチューブ軌道の内部を高度100kmと同じ,海抜ゼロメー
トルの気圧の約100万分の1気圧に真空ポンプで減圧。この軌道の西端
から東に向けて、旅客や貨物を搭載した直径9mの射出体を超電導リニ
アモーター駆動で磁気浮上させ、加速度2G（19.6m/s^2）で,10分間,
加速し、高さ100kmのチューブ軌道の東端からマッハ33の第二宇宙速度
で射出する。
上昇角30度、東西に長さ200km、東端の高さ100kmの宇宙塔を構成す
る円管の表面に設置した膨大な面積の太陽電池パネルが発電した安価で
クリーンな電力による,超電導リニアモーター駆動で,旅客や貨物を搭載し
た射出体を地球引力圏外に、安価に安全に大量に高速に輸送する。
これが「宇宙塔マスドライバー」である。
CNTの超極細で微小の繊維を紡いで糸を作る技術は、国立研究開発法人
産業技術総合研究所と古河電工から共同出願特許 特許第5135620号と
5131571号として特許登録されている。長さ1.00125kmのCNTの縦糸を
複数、CNTの横糸で捲いて束ね棒1を作り,複数の棒1を同様にCNTの横糸
で捲いて束ねて棒2を作り,以下、同様に,複数の棒を横糸で捲いて束ねる
方法で,より太い棒3、棒4、棒5、・・・を作り,こうして作った棒を集成
し、長さ1.00125km、外直径が10m、内直径が9.9m、管壁の厚さが5cm
の円管（パイプ）を作る。
円管の両端と両端から250mと中央部の５箇所に厚さ5cmで直径9.9m
のCNTの板を円管の壁から垂直に設置し,円管が横に潰れるのを防ぐ。
CNTの密度を0.037とすると、この円管（エレメント）1本の重量は約59
トンである。（CNTの密度を1.4とした場合については後述する。）
対角線の長さが南北に10km,東西に10kmの矩形の敷地に南北に100m,
東西に100m毎に10,201個の点P100を設定し、最北、最南、最西、最東
のP100からは1本,これらを除く最外部のP100からは2本,その他のP100
から各4本,この円管を立て,上部の高さ1kmの位置で各4つのP100の中心
で4本の円管を束ねて四角錐を作る。こうして作った10,000個の四角錐
の頂点をP99とする。4つのP99から円管を立ち上げ同様に束ねて9,801
個の四角錐の頂点P98を作る。以下,同様に,四角錐の頂点が上の四角錐を
構成する円管を支える構造を100段（100層）重ね,高さ100kmの四角錐
の宇宙塔を建設する。
同じ高さにある四角錐の頂点は,互いに隣り合う頂点と直径50cmの
CNTの円管で接続する。円管を立ち上げて1km上で束ねる作業は,全て
自動でロボット化され,無人で行われる。円管をクレーンで持ち上げ/立
ち上げ,束ねて四角錐を作る機能を持ったロボットが自ら宇宙塔を上下
左右に昇り降りして宇宙塔を組み立てて行く。
宇宙塔の頂点P0は,P1から立ち上がった4本の円管で支えられ,4個の
P1は9個のP2から,P2は16個のP3から立ち上がった円管で支えられる。
P0からP1を第1層(円管4本),P1からP2を第2層(円管16本),P2からP3を
第3層(円管36本)・・・P99からP100を第100層(円管40,000本)とする。
この宇宙塔は、1,353,400本の円管で構成され,総重量は、
約79,327,023トンになる。円管1本の管壁の断面積は約62,753mm^2で、
P100では円管が40,000本なので、79,327,023/(62,753x40,000)=0.0316
トン/mm^2、１ミリ四方に31.6kgの圧縮負荷となる。純アルミニウム
（Al>99.7mass%）が5.61kg/mm^2,ジェラルミンが54.08kg/mm^2なの
で,宇宙塔の最下部への圧縮負荷は、ジェラルミンの圧縮強度1ミリ四方
に54.08kgより小さい。
「宇宙に届く/達する建造物は、建造物の重みで材料が潰れるか砕け散
るのでダイヤモンドのような強固な材料でも建設する事は不可能だ。」
とする俗説がよく言われているが,これは誤りで大嘘である事が明確に
理解できる。
エジプトにある世界最大のピラミッドは,建築当初は高さ146.59m,総重
量700万トン推定されており,宇宙塔は,対角線の長さが南北10km、東西
10kmの矩形の範囲に,この大ピラミッドが12個,建設されたのと同じ程度
の負荷を地盤に掛ける事になる。
この高さ100kmの宇宙塔の西側に順次、より低い塔を建設し、上昇角
30度、長さ200km,東端の高さ100kmのチューブ軌道を支える。
チューブ軌道の内直径は10m,射出体の直径は9mとし,射出体には,液体
水素タンク,液体酸素タンク,これらを燃焼させるロケットエンジンを搭
載する。射出時はロケットエンジンは動作させず、宇宙塔が発電した電
力、電磁エネルギーだけで射出する。
宇宙塔の大部分は雲の上に出ているので、日中は天候に左右される事
無く、安定して太陽電池で発電できる。東西に約200km、東端の南北の
幅が10kmの広大な敷地に建設された宇宙塔を構成する円管の表面に
設置された膨大な枚数／面積の太陽電池パネルが発電する安価でクリー
ンで膨大な電力はスマートグリッドで全世界に配電供給される。この
電力の一部を使って、宇宙塔マスドライバーは稼働する。
射出後は,射出体は自身が搭載したロケットエンジンを作動させ,目的
の宇宙ステーション、月、火星、小惑星帯などに向かう。液体水素タン
ク、液体酸素タンクのみを大量に射出して、地球高軌道やラグランジュ
点などに係留して「宇宙ガソリンスタンド」の様なものを設置し、射出
体を最小限の燃料のみ搭載して射出し,宇宙燃料スタンドに立ち寄って
液体水素タンクと液体酸素タンクを必要なだけ買い求め,自身に装着し,
目的地まで航行する事も考えられる。
これの応用として、曳舟ロケットエンジンと多数の核廃棄物コンテナ
を射出し、宇宙空間で買い求めた液体水素タンク、液体酸素タンクと共
に曳舟輸送船を組み立て、多数の大量の核廃棄物コンテナを太陽投下軌
道に押しだして投下廃棄し、廃棄後、身軽になった曳舟輸送船は次の廃
棄物を受け取りに地球近辺に戻って来る事も考えられる。
加速度２Ｇ（19.6m/s^2）の加速を10分間、続けると3,528kmを走行し,
秒速は、11.76km/sに達し、地表/海抜ゼロメートルでの第２宇宙速度
秒速11.2km/sを超える。
加速度１Ｇ（9.8m/s^2）の加速を14分間,続けると約3,457kmを走行し,
秒速は、約8.2km/sに達し、地表/海抜ゼロメートルでの第１宇宙速度
秒速7.9km/sを超える。
地球引力圏を離脱せずに単に地球周回軌道に乗るだけなら、加速度1G
で14分間、加速するだけで良い。
次に、安価に大量に人や物資を宇宙に輸送する手段として話題になる
「宇宙エレベーター」「軌道エレベーター」について考察する。静止軌
道からヤジロベイがバランスを取る様にケーブルを地球側とこの反対側
に伸ばして行き、地球側に伸ばした（垂らした）ケーブルを赤道のどこ
かに係留して、このケーブルを昇降機/クライマーで昇り降りして人や物
資を輸送するのが「軌道エレベーター(宇宙エレベーター)」である。
これを建設するには、高度35,786kmの静止軌道から地球に垂らしても
ケーブル自身の重みでケーブルが切れる事なく,昇降機の重量と走行に耐
えられるだけの「超引張強度と軽さ」を持つケーブルが不可欠である。
この条件を満たすケーブルが無い事には、軌道エレベーターの建設は不
可能である。こんなケーブルは、どこにも存在しない。誰もこんなケー
ブルを作る事は出来ない。従って、軌道エレベーターは、あくまでも、
もし仮にそんなケーブルがあったらと言う「仮」の「仮定」の「夢」の
お伽話なのである。
では何故、お伽話がこれほど話題になっているのか？ それは、CNTの
「理論値」を早とちりして、実現可能な引張強度と勘違いしてしまった
事による悲劇なのである。
1991年にCNTを発見したノーベル賞候補と言われる飯島澄夫博士は
「あれは無理」と軌道エレベーターのケーブルをCNTで作る事につて
語っていたという。何故,無理なのか?
香港理工大学のFeng Ding氏がCNTのシミュレーションを行い,ふたつ
の六角形を構成すべき炭素原子のひとつを移動させ,五角形と七角形にし
たところ,「理想の強さ」100GPaが40GPaまで大幅に低下する事を見出
した。CNTの炭素原子が全て完璧に六角形の配列である場合の「理論
値」が100GPaで,この引張強度なら軌道エレベーターのケーブルとして
使用できる可能性があると言う事で話題になったのである。
しかし、これは「理想」の「理論上」の引張強度なのである。現実に
は、全ての炭素原子が完璧に六角形の配列になるとは限らない。どこか
に歪みが生じ,五角形や七角形の配列になる可能性がある。そうなれば、
引張強度は大幅に低下し、軌道エレベーターのケーブルには使用できな
くなる。
また,仮に静止衛星高度35,786kmから地表まで全ての炭素原子が六角
形の配列のCNTのケーブルがあったとして,宇宙空間には高いエネルギー
を持って飛び交う「宇宙線」が存在する。この宇宙線がCNTの炭素原子
に衝突し、炭素原子を弾き飛ばし、六角形の配列が崩れ五角形や七角形
の配列になってしまう事は充分に有り得る。そうなれば、CNTケーブル
の引張強度は大幅に低下し,ケーブルはケーブル自身の重みに耐え切れず
に切断してしまう。切断箇所から下のケーブルと昇降機は地球に落下し
て甚大な被害を齎し,切断箇所から上のケーブルと静止軌道ステーション
やアンカーなどは遠心力で地球から離れ飛んで行ってしまう。
私が話をした何人かの科学者は,ブレイクスルーがあって軌道エレベー
ターのケーブルが開発できたとしても,それは,ここ数十年間では無理で,
今後、100年間は待つ事になるだろうと語っていた。
それでも、間もなく軌道エレベーターのケーブルは開発され,2050年
には軌道エレベーターが完成し、誰もが格安に宇宙に行ける様になると
信じる「軌道エレベーター推進派／信者」の方が大勢いる。大手ゼネコ
ンの大林組は、2050年には軌道エレベーターが完成できると語り、
「一般社団法人 宇宙エレベーター協会(JSEA)」は、ケーブルをローラー
で挟んで昇降機が昇り降りする技術を競う「宇宙エレベーターロボット
技術競技会」を開催している。
さて、信者の皆さまの願いが実現して軌道エレベーターが完成したと
しよう。高度408kmを秒速7.8kmで国際宇宙ステーション（ＩＳＳ）が
地球を90分で一周している。45分毎に赤道を北から南に,南から北に一日
に32回も横切る。地球の自転とＩＳＳの周回周期は非同期なのでＩＳＳ
が赤道を横切る位置（経度）は,刻々と変化し東西方向に移動する。軌道
エレベーターのケーブルは,赤道の何処かから高度35,786kmの静止衛星
軌道ステーションまで垂直に立ち上がっている。つまり、いずれ、いつ
かは必ず、軌道エレベーターのケーブルの高度408kmの位置にＩＳＳが
ライフルの銃弾の約10倍もの猛スピードで激突する。
更に,高度780kmの全地球を網羅/カバーする多数の軌道に66機もの衛
星電話のイリジウム衛星が周回しており、軌道エレベーターのケーブル
は高度780kmの位置でこれらと激突する。
更に更に、高度20,200kmには、全地球を網羅/カバーする６つの軌道
に各４機づつ,計24機の重さ1.5～2トンものGPS衛星が秒速3.8kmの猛ス
ピードで周回している。軌道エレベーターのケーブルは高度20,200kmの
位置では、これらのGPS衛星と激突する。
これらは、一例であって、地球の周囲を現在、4,400機以上もの人工衛
星が様々な高度を周回している。信者の皆さまは、ケーブルをクネクネ
と揺らせて,人工衛星との激突を回避すると言っているが、多数の人工衛
星が様々な高度を周回している中で,いつまでも激突を回避し続ける事は
不可能である。いずれ、いつかは必ず、軌道エレベーターのケーブルと
人工衛星は激突してしまう。
人工衛星が自身が搭載した燃料を噴射して,自らの軌道を変えてケーブ
ルとの激突を回避する方法もあるが、何回かこれを行って燃料を使い果
たしてしまえば、もうこの方法では,激突は回避できなくなる。
信者の中には,人工衛星の削減,廃棄,全廃を行えば良いと言う方もいる。
人工衛星は,地球規模の通信には不可欠で,金融取引/決済などのデータ通
信に人工衛星は不可欠である。また,地表や海面の温度観測などでの天気
予報、農林畜産水産漁業などの収穫漁獲予報予測や火山噴火/地震/津波/
台風/洪水/水害などの状況把握/情報収集などにも不可欠である。GPSに
依る全地球規模のトラック/バス/タクシー/マイカー等の無人運転と物流
効率化にTOYOTA,GMなどの大手自動車メーカーと世界中の陸運/海運/
航空輸送業界などが協力して動いている中で人工衛星は不可欠である。
スペースX社は今後、1万機以上もの人工衛星を打ち上げる計画だと
発表しており、人工衛星は増加する事はあっても、削減や廃棄/全廃は
ありえない。
軌道エレベーターは,ケーブルが命である。このケーブルが人工衛星,
スペースデブリ,隕石などと激突して損傷を受けるとそこに応力が集中
し,ケーブルが切断する可能性がある。ケーブルの切断は,即、軌道エレ
ベーター全体の崩壊となる。軌道エレベーターは構造的に非常に脆弱
な建造物なのである。
軌道エレベーターの昇降機/クライマーには、上昇でも、下降でも,速
度に比例するコリオリの力（ちから）が東から西に向かって働く。
時速200km以上だとコリオリの力が大きくなり過ぎて、軌道エレベータ
ーのケーブルが耐えられなる。従って、昇降機の上昇速度と下降速度は
共に時速200kmが限度/上限となる。地表から静止衛星軌道まで片道
35,786kmもあるので,時速200kmで走行すると約179時間、7.5日間、
一週間と半日も掛かる。昇るのにも一週間と半日も掛かり,降りるのに
も一週間と半日も必要なのである。地球引力圏を離脱するには、静止軌
道ステーションから更に高軌道ステーションまで昇って,そこでロケット
に乗り換え,ロケットを加速する必要があり、僅か10分間の2Gの加速だ
けで地球引力圏外に離脱できる「宇宙塔マスドライバー」と比較すると
あまりに遅く,長い時間を必要とする。
まとめると、
第一は、軌道エレベーターはケーブルが無い／存在しない。ケーブル
を誰も作れない。従って軌道エレベーターの建設に不可欠で必須のケー
ブルが開発できないので、軌道エレベーターの建設は不可能／無理。
建設は絶望的。
第二に、仮に軌道エレベーターが建設されると人工衛星の周回の障害/
邪魔になる。
第三に、軌道エレベーターは構造的に非常に脆弱で,ケーブルの切断
は,即、軌道エレベーター全体の崩壊となり、切断箇所から下のケーブ
ルと昇降機が地球に落下して来て甚大な被害を及ぼす恐れがあり極めて
危険な建造物である。宇宙塔マスドライバーは、強固な多数の円管で構
成されるので、隕石などが激突して円管の数本が完全に破断したとして
も、宇宙塔マスドライバーの全体が崩壊する事は無い。損傷した円管
は、至急、ロボットにより予備の円管と交換するので、修復は容易で
ある。
第四に、軌道エレベーターは、宇宙塔マスドライバーと比較すると
極めて遅い、時間が掛かり過ぎる輸送手段である。片や僅か10分間の
加速度2Gの加速を行うだけで地球引力圏を離脱できるのに、他方は、
静止衛星軌道まで昇るのに一週間と半日を要し、更にそこから高軌道
ステーションまで昇り、ロケットに乗り換え、ロケットを噴射して加
速して、やっと、地球引力圏を離脱できるのである。静止衛星軌道か
ら地表に降りるのにも一週間と半日も必要である。
非現実的なCNTの引張強度の「理想の値」「理論値」を拠り所とす
る軌道エレベーターに対して,宇宙塔マスドライバーは,現実的なCNTの
圧縮強度を根拠にしている。宇宙塔の円管に要求される圧縮強度は,1
ミリ四方31.6kgとジェラルミンの圧縮強度の1ミリ四方54.08kgより小
さく開発は可能と考えられる。
人工衛星の殆どは,高度1,000km以上を周回する。恒久的でない短寿命
のスポット的な人工衛星ですら高度は120～150kmである。従って,高さ
100kmの宇宙塔マスドライバーは,人工衛星の周回の邪魔にはならない。
また、射出は、全ての人工衛星の位置を把握した上で,どの人工衛星とも
激突しないタイミングを精密に計算して行うので,人工衛星の周回の障害
にはならない。
宇宙塔マスドラバーは,赤道直下に建設/敷設するのが理想的であるが,
北アメリカ大陸の西海岸から東海岸に向けて建設しても良いし,ロシアの
モスクワからシベリアに向けて建設しても良い。中国本土のゴビ砂漠か
ら東に向けて建設しても良い。日本は国土が狭いので,あえて建設する
なら与那国島から南鳥島に向けて,EEZと一部は公海の海底にチューブ軌
道を敷設し,南鳥島に上昇角30度,長さ200km,東端の高さ100kmの宇宙塔
を建設し(宇宙塔は南鳥島を食み出す!!島の周囲の埋め立てやメガフロー
トを考慮する必要がある）射出するしかない。
CNTの密度は、1.4として計算すべきとの指摘があったので、1.4とし
て計算すると、円管１本の重量は2,218トン,底辺の対角線の長さが南北
に10km、東西に10km、高さが100kmの宇宙塔の重量は約30億トン、
この宇宙塔の最下部への圧縮負荷は、11.5GPaとなる。
住友電工の資料では,ダイヤモンド（結晶）の圧縮強度は 9～17GPa
との事なので、CNTの密度を1.4とした場合は、宇宙塔の最下部の円管
はダイヤモンドと同程度の圧縮強度が必要となる。
「さとうひろし」は、「宇宙塔・自立塔型 宇宙エレベーター」の
著者です。その内容は高さ300kmの宇宙塔を建設する話です。
そのホームページは
https://uchuutou.jimdo.com
です。内容の一部が無料で読めますので是非、ご覧下さい。宇宙塔の構
造概略図もご覧戴けます。この作品はamazonでのみ取り扱っています。
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読めます。紙に印刷して製本した紙の書籍版は税込1200円です。
CNTの引張強度シミュレーションの結果、引張強度が40GPaしか無い事の詳細は、
https://www.gizmodo.jp/2016/06/xx_2.html
を御覧下さい。
質問やお問い合わせなどは、satouhiroshi4649@gmail.com
へ送信して下さい。
宜しく御願い申し上げます。
以上
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