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> バッテリー駆動による昇降機で、150m上空までベルトを昇るスピードと効率を競う
ただの「エレベーター技術競技会」な件。
いや、軌道エレベータってそれを可能にする材料や構造や建設方法がキモであって、どう昇り降りするかなんてそれと比べたら末節もいいとこだと思うんですが。まして材料や構造の方に軌道エレベータ実現への光明が差し始めたからそろそろ昇り降りする方も考えようぜ、というわけでもないし。
それに、ただのロケット花火と糸川センセのペンシルロケットはその基礎原理を共有しているけど、別に昇降する機械、昇降させる原理ならこんな大会やらんでも産業や生活に溢れているではありませんか。
ラックアンドピニオンでもリニアモータでもいいんじゃないの？ エネルギー源だってバッテリでいちいち持っていかなくとも軌道エレベータを電化して第三軌条引くなりなんなり好きにすればいいし、ことによると使い捨てのロケットモータでポッと持ち上げた方が手軽でいいかもわからない。
で、この大会は軌道エレベータの技術を確立するに際してどこの役に立つのよ。競技自体は楽しそうだけど。「宇宙エレベーター」と冠して技術競技会をやるっていうんだから「CNTフィラメント製造対決(長さ部門)」とか「CNTフィラメント製造対決(比強度部門)」とかそういうのをまず競わないといけないと思うんだけど。
バッテリーで軌道まで登ろうと考える方が余程非現実的なんですよ。
現状のバッテリー技術では、昇降機の自重の90%をバッテリーに充てたとしても50kmそこそこまでしか上がれません。まさに
> 現代のロケットが燃料を加速させるための燃料でいっぱいいっぱいになってるのと同じ状態に陥りますね
こういう状態です。
登るもの（クライマー）という発想じゃなくて、引き上げられもの（プルダー）という発想じゃないかな。デザーが着地した後、それに更に太いケーブルを付けて、デザーを遠心力を利用して引っ張りあげる感じですかね。もちろん全体の質量中心を静止衛星と同じ位置にしてあげないと、拙いのですが。
こんなのとか [wikipedia.org]バッテリーは積んでませんけどね＃たぶん違う
そもそも実際の軌道エレベーターは内蔵バッテリーなんか使わないのでは？
テザー側から電力供給を受ける方がずっとスマートでしょう。
競技の形にすると、競技ルールに対する最適化は促進されますが背景となる遠い狙いに近づけるとは限りません。
あんまり早く競技会の形にしてしまうと、現在勝手に想定している形に特化しすぎてしまって、実際の軌道エレベータができたころにはみじんも役に立たないものとなってしまたりして。。
ここで試そうとしているエレベーター（クライマー）っていうのは軌道エレベーターが完成した後で運用するエレベーターのモデルというよりおそらく建設に使うための機械という意味合いのほうが強いと思います。
軌道エレベーターの有力な建設方法として、最初に静止軌道の衛星から細い糸を地上に垂らして、その糸をつたって地上側から機材を積んだロボットを何回も登らせて少しずつ糸を太く強化していく、というやり方があります。そういう建設法でいく場合、建設最初期はああいう小型のクライマーに頼ることになると思うので最終的な軌道エレベーターの形式がどうなるのであれこういう試みはそれほど無駄にならないんじゃないですかね。
宇宙エレベーター協会の講演を見に行ったことがありますが技術的な課題も意外と多そうです。ブラブラする紐をどうやって安定して登るのかということ以前に野ざらしの環境を何万キロも故障せずに無人で走りきれるロボットという時点でかなり大変です。
全く同意です。昇る方法の研究なんて、テザーの材料や構造の方にもう少しめどがたってからでも全く遅くないと思います。技術的な難易度が何ケタか違う。
今後150年というスパンでみるなら、技術はともかくとして経済的な面で微妙かなあ、とは思います。軌道エレベータの建設・運用費用をペイできるほどに衛星打ち上げ需要が増えるのか、という点で。強いて言えば、太陽光発電衛星は大規模に打ち上げるニーズがあるけど、砂漠に太陽電池を並べるよりメリットが大きいかどうかとなるとよく分からない。
衛星需要そのものは今後も確実に存在するだろうし、軌道エレベータが（化学ロケットと比べて）衛星打ち上げの手段としてスマートであることも間違いないでしょう。が、実現に向けて技術的な面をクリアし、さらに経済的な面もクリアするためにどうすればいいのか、と言われると、もうまったくどこから手をつければいいのかわからない。:-(
# どこからともなく、天才的な工学者と、技術力あふれる建設会社、資産豊富な投資家、ニーズを掘り起こす革命家が現れないかなあ。
経済的というか需給バランスの問題なんですが, 軌道エレベータって, 静止軌道まで上がる質量と静止軌道から降りる質量がほぼ等しくないと輸送システムとして成り立たない, ということが無視されていることが多いんですよね. ですから例えば宇宙開発の初期において, 静止軌道まで資材を運ぶのに軌道エレベータを使うといった用途では, 位置エネルギーと速度を得るために作用・反作用型の従来のロケットエンジンを併用しないと軌道エレベータを維持できない(まあそれでも降りてくるゴンドラの分は効率が向上しますが)なんてことが無視されてるんですよね.
本来は静止軌道以遠の外宇宙に出る人と戻る人, 地球に導入される物(核融合用のHe3とか小惑星の鉱物資源)と出る物(例えば生鮮農林水産物など)が質量的に均衡する状況になってこそ有効なシステムなんですけどね. 「楽園の泉」にせよ「星ぼしに架ける橋」にせよ, 箱物としての軌道エレベータしか描いていなくて, システムとしての運用とかメンテナンスは考えられていないんですよね.
軌道エレベータって, 静止軌道まで上がる質量と静止軌道から降りる質量がほぼ等しくないと輸送システムとして成り立たない
どういうことですか？位置エネルギーなんてたかが知れてるような気がしますが。そんな基本的なことをクラークやシェフィールドが見落とすとは思えない。角運動量？とにかく説明か出典を希望。
位置エネルギーではなくて角運動量の方。エレベータはどの高度でも同じ角速度で運動してますから、外周ほど線速度が大きくなります。地表で380m/sec.ほど、静止軌道では3km/sec.ほど。
エレベータを使って上下する物体も同様の線速度に同期していかないと、そのうちエレベータの壁に押しつぶされることになります。登りの時はこの運動エネルギーをどうやって得るか、下りの時はどうやって捨てるかが問題になります。
ちなみにわたし自身は上昇する質量と下降する質量の間でどうやって運動量を交換するのかわかりません。
持ち上げられる質量に与えられる角運動量は、エレベーター本体が少し逆方向に傾くことによってバランスされます。その後、エレベーター本体は時間とともに遠心力によって鉛直方向に戻ります。その際の角運動量は地球に吸収されることになります。
ですから、持ち上げる一方で全くなにも降ろさなくても、ゆっくりやる限りは問題ありません。定性的にいえるのはこの程度ですが、このようなことはすべて実際に定量的に計算されていて、問題ないことがわかっています。例えばLiftport社のWiki [liftport.com]などを参照してください。
エレベータを使って上下する物体も同様の線速度に同期していかないと、そのうちエレベータの壁に押しつぶされることになります。 登りの時はこの運動エネルギーをどうやって得るか、下りの時はどうやって捨てるかが問題になります。 ちなみにわたし自身は上昇する質量と下降する質量の間でどうやって運動量を交換するのかわかりません。
エレベータを使って上下する物体も同様の線速度に同期していかないと、そのうちエレベータの壁に押しつぶされることになります。 登りの時はこの運動エネルギーをどうやって得るか、下りの時はどうやって捨てるかが問題になります。
エレベーターはテザーに終始接触しているわけですから、静止軌道に到達する頃には静止軌道速度になっています。エレベータは上昇するに従ってテザーから少しずつ運動量を受け取って軌道速度を増していくわけですが、何が問題なのかわかりません。
運動量をエレベータから受け取ると、エレベータの軌道速度が下がってしまいますよ？つまり地球の自転周期に付いてこられなくなる。これではエレベータの役には立たない。運動エネルギーをエレベータに頼ると、エレベータの寿命はあっというまに尽きてしまいます。
＞運動量をエレベータから受け取ると、エレベータの軌道速度が下がってしまいますよ？
エレベーター本体（テザー）は、軌道に乗っているわけではありません。地球に固定されています。静止軌道高度以下の高さでは軌道速度より遅いわけです。ですからエレベーターの軌道速度と言う概念は意味を持ちません。
持ち上げる物体に角運動量を与えると、エレベーター本体は少し傾きます。しかしこれは遠心力ですぐに元にもどるのです。
＞運動エネルギーをエレベータに頼ると、エレベータの寿命はあっというまに尽きてしまいます。
エレベーター本体の回転は地球の回転にひきずられて元に戻ります。つまり、ほんのすこしだけ地球の自転が遅くなることになります。しかしもちろん、質量の比が巨大なので、問題になるほどになることはありません。
全般に、軌道エレベーターについて、このような高校レベルの物理が問題になることはありません。全て解決済みです。もっと複雑なデブリの問題とか振動の問題についても、詳細に研究されています。しかし最大の問題はエレベーターにかかる巨大な張力に耐えうる材料の開発であって、その問題に比べれば、他の問題を心配するのはほとんど無意味です。
＞カウンターマス3個分くらい持ち上げても平気なの？
何万個分持ち上げても平気です。ゆっくりやれば。
＞もしそうならそもそもカウンターマスなんて要らないんじゃない？
ものすごくゆっくりやるなら要りません。ただ実用的に必要なスループットというものがありますから、それにあわせてカウンターマスが必要になります。
下り質量が上り質量と同じなら, テザー経由で運動量を交換できるんですけどね. バランスが崩れると運動量をどうにかして(例えばロケット推進で)確保するとか捨てるとかしなければなりません.
アンカレッジ [wikipedia.org]が十分に大きく, 上り下りのアンバランスが短期的に解消できるのであれば, アンカレッジの位置を調整して運動量をやりくりするという手は使えます. つまりアンカレッジを運動量のバッファとするわけです. でも, 最初に小規模のエレベータを建造し, それを使って地上から資材を持ち上げてエレベータの規模を拡大するというようなシナリオでは, 質量の出超状態が継続するので, 運動量を確保するために何らかの推進が必要になります.
ただ, 推進が必要と言っても, ゴンドラなどを除いた正味の上り質量に対してのみですし, 推力はそれほど必要としないので比推力の大きいイオンエンジン等が使えます. さらに推進剤の駆動エネルギには太陽発電とかテザー沿いの電源供給とかの外部供給が可能なので, 一切合切を詰め込んで地上から飛び上がらないといけないロケットに比べればはるかに効率がいいんですけどね.
何か大きな誤解をしているようですね。上り質量がどんなに下りを上回っても、テザー経由で運動量を地球に伝えれば問題ありません。アンカレッジ云々もこの問題には関係ありません。
持ち上げられる質量に与えられる角運動量は、テザーが少し逆方向に傾くことによってバランスされます。その後、テザーは時間とともに遠心力によって鉛直方向に戻ります。その際の角運動量は地球に吸収されることになります。
>エレベーター本体の回転は地球の回転にひきずられて元に戻ります。ここがおかしい。海抜０ｍの角速度を静止軌道の構造物にまで伝播させるなんて、そんな剛性を持たせることは不可能です。それに、仮にUNSIGNEDLONG64_MAX歩譲って可能だとしたら、エレベータには張力でなく縮力がかかってなければおかしい。
でも、>最大の問題はエレベーターにかかる巨大な張力なんですよね？
エレベータは上から吊るんですよ？ 支点は静止軌道よりはるか上に設置されるカウンターウェイト。これを地球の角速度に同期させると巨大な遠心力が生まれる。飛んでいかないようにエレベータの質量とアンカーレッジでつなぎ止める。ここで巨大な張力が問題になる。
エレベータはアンカーレッジがなければ飛んで行ってしまう代物です。エレベータの構造物は地球自転の角速度ではなく、カウンターウェイトの角速度に同期しています。上昇する質量はカウンターウェイトのもつ角運動量を減らすことになるし、回復するにはカウンターウェイトを加速してやるしかない。勝手に地球の自転に同期するなんて言う道理はありません。
＞エレベータはアンカーレッジがなければ飛んで行ってしまう代物です。
そのとおり。テザーが鉛直の状態でもカウンターウェイトはその高度での軌道速度より速く動いています。ですからほっておけば地球から離れていくわけです。しかしテザーがあるからテザーが伸びきるところまでしか離れることは出来ません。つまりテザーが鉛直になるまで移動するわけです。その時点でカウンターウェイトの角速度は地球の角速度と同じになります。
この過程でテザーを経由して角運動量を地球とやりとりします。持ち上げた質量が角運動量を持っていってしまえば地球を含めた系全体としてはそのぶん角運動量が変化しますが、全体の質量が大きいので気づくほどではありません。
>その時点でカウンターウェイトの角速度は地球の角速度と同じになります。ならんならん。テザーを経由して地球のエネルギーをカウンターウェイトに渡すには、カウンターウエイトを振り回せるだけの剛性をテザーが持ってないと。地球の中心を力点、アンカーレッジを支点、カウンターウェイトを作用点としたテコを想像してみるといい。ただし、このテコはカウンターウェイトを力点、アンカーレッジを支点かつ作用点としたテコでもある。んな剛性持たせたらアンカーレッドがポキンと折れるわ。
うーん。どう説明したらわかってもらえるんでしょうね。テザーには剛性は必要ありません。張力だけでOKです。
地球の自転が静止している座標系で考えると、慣性系でないこの座標系では、地球の重力の他に遠心力という力がかかることになります。簡単のため赤道上だけに話を限ると、遠心力は地球の中心から離れる方向、地球の重力と逆方向に働きます。この遠心力と重力のバランスは、静止軌道より内側では重力が勝ち、外側では遠心力が勝ちます。カウンターウェイトの位置では遠心力の方が強いので、遠心力から地球の重力を差し引いた力Fは、常に地球の中心から離れる方向に働きます。今、テザーが傾いているときを考えると、テザーの張力とFの合力は、テザーと垂直方向、テザーを鉛直方向に向かわせる向きになります。この力によってカウンターウェイトはテザーが鉛直になるまで移動します。
わかりましたか？これでわからないなら、もう私はあきらめます。中学か高校の理科の先生に相談してください。
あなたは遠心力について理解していません。
>慣性系でないこの座標系では、地球の重力の他に遠心力という力がかかることになります。慣性系でないのに遠心力がかかるわけがない。
やはりだめでしたか。まあ聞くは一時の恥、聞かぬは一生の恥ともいいます。誰か大学の物理学科卒業であなたが信じてもいいと思える人に聞いてみてください。
>はあ? 遠心力は回転座標系でかかる見かけの力(慣性力)のことだが?
>>地球の自転が静止している座標系回転してないそうですから。
>(自分の生きた恥を残せ)
ちょっと恥さらしすぎじゃない？
テザーは篭に運動量を渡しているけど、そのデザーの運動量は誰が出しているのかなっと。それと「前は上、上は後ろ、後ろは下、下は前」な。
あーそうそう、テザーは剛体じゃないからな？
んにゃ。質量中心が静止軌道より外にあるなら角速度は地球の自転より遅くなるのでそれはあり得ない。それに、地上部のアンカーには誤差的な力しかかからないよ。テザーで一番張力を要するのは静止軌道上の部分。
さらに、ペイロードを持ち上げるとテザーは「後ろ」に押される、つまり減速するわけだけど、軌道上で減速された物体は、次に高度を下げる。次が大事なんだけど、高度が下がると今度は「前」に移動する。前に移動すると今度は高度が上がるわけです。これらを俯瞰してみると軌道が楕円になりますが、これは要するにホーマントランスファー軌道そのものです。
つまり、鉛直で止まったり [srad.jp]はしませんよ？
んじゃ、「前」に移動するタイミングでペイロードを上げたらどうなるかってーと、それはホーマントランスファーから円移動に移行する操作そのものなので、最初より低い円軌道に入ります。高度が低いので当然地球とは同期しなくなりますね。
大事な事なのでもう一度書くけど「質量中心が静止軌道より外にあるなら角速度は地球の自転より遅くなる」からね。
死んだ衛星などのデブリとはいずれ必ず衝突することに言及されているのも見たことありません。技術的に可能になり需要があったとしても、建設中の衝突事故が予想されすぎて現実的でないという。
うーん、需要については打ち上げコストが安くなればいくらでも掘り起こせると思います。今より遙かに安価で実現できるなら無重力(and|or)真空でやりたいことは多々あるでしょうから。
むしろ問題はそれをこなせるだけの軌道の余裕があるか、という気もします。極力安定した軌道で、重力の変動が少なくないとダメでしょうし。 あとは月やその先に進出するのは大前提ですかね。
毎週やれば3年後には150回になるよ?
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アレゲは一日にしてならず -- アレゲ見習い
150m (スコア:2)
> バッテリー駆動による昇降機で、150m上空までベルトを昇るスピードと効率を競う
ただの「エレベーター技術競技会」な件。
Re:150m (スコア:2, おもしろおかしい)
Re:150m (スコア:3, すばらしい洞察)
いや、軌道エレベータってそれを可能にする材料や構造や建設方法がキモであって、どう昇り降りするかなんてそれと比べたら末節もいいとこだと思うんですが。まして材料や構造の方に軌道エレベータ実現への光明が差し始めたからそろそろ昇り降りする方も考えようぜ、というわけでもないし。
それに、ただのロケット花火と糸川センセのペンシルロケットはその基礎原理を共有しているけど、別に昇降する機械、昇降させる原理ならこんな大会やらんでも産業や生活に溢れているではありませんか。
Re:150m (スコア:1)
しかもバッテリー式の。
Re:150m (スコア:2)
ラックアンドピニオンでもリニアモータでもいいんじゃないの？ エネルギー源だってバッテリでいちいち持っていかなくとも軌道エレベータを電化して第三軌条引くなりなんなり好きにすればいいし、ことによると使い捨てのロケットモータでポッと持ち上げた方が手軽でいいかもわからない。
で、この大会は軌道エレベータの技術を確立するに際してどこの役に立つのよ。競技自体は楽しそうだけど。「宇宙エレベーター」と冠して技術競技会をやるっていうんだから「CNTフィラメント製造対決(長さ部門)」とか「CNTフィラメント製造対決(比強度部門)」とかそういうのをまず競わないといけないと思うんだけど。
Re:150m (スコア:1)
現状で最大の技術的問題が軌道エレベーター用にテザーをぶら下げてもテザー自らの重量で切れることなのは
他コメントでもあがってることだし ご自身もカーボンナノチューブの紐を挙げているようにそれは認識されてるはずですよね？
炭素繊維を含めて テザー自身の以外の構造を余裕で支えられるほどの強度はないですよね
もし給電やリニアモーター用の構造もつけた場合 それを支えるためにテザーも太くなり
現代のロケットが燃料を加速させるための燃料でいっぱいいっぱいになってるのと同じ状態に陥りますね
この競技会ではバッテリーを動力源にしていますが
テザーで昇降する方式の実際の給電はマイクロ波を想定しているのを記事として見た記憶があります
給電方式の研究はクライマー本体とは切り分けて研究されるところなのでしょう
競技会の3つの目的にも記述されているように テザーで昇降するにあたってどういった方式がいいのか周囲環境がどう作用するのか十分なモデル化もされていないようです
また クライマーの昇降は宇宙エレベーターを理解するのに非常に判りやすい映像シーンを提供 というのは非常に大きな意義のように思います
元コメントの主様はガンダム00等に出てきた巨大建造物型で中に送電線やリニヤモーターカーが走っているようなものをイメージされているのでしょうが
テザー方式はそのようなSF世界のものを一足飛びに目指すのではなく 輸送に最小限の構成を目指す方法のひとつですね
Re: (スコア:0)
バッテリーで軌道まで登ろうと考える方が余程非現実的なんですよ。
現状のバッテリー技術では、昇降機の自重の90%をバッテリーに充てたとしても50kmそこそこまでしか上がれません。
まさに
> 現代のロケットが燃料を加速させるための燃料でいっぱいいっぱいになってるのと同じ状態に陥りますね
こういう状態です。
Re:150m (スコア:2)
・省電力化
・省スペース化
できるっちゅうことですね。
後でどこからか給電できるようになったら受電設備をつけることで、電池部分をペイロード用に転用できますね。
まぁ多少なりとも給電がとまったとき用に蓄電池を持つことはありそうですが…
鉄道のように全く考慮しないのもありではありますが…
Re: (スコア:0)
Re:150m (スコア:1)
何でも良いですよ。最適解がまだない分野なんですから。
だから、いろいろやるんですよ。
あなた自身いろいろなパターンを考えているじゃないですか。
まあテザー側を工夫するためには、結局それを作るのに自力駆動できる
工作機械が必要になると思いますけど。
で、そういう宇宙エレベータに使える昇降技術がどのへんに溢れているんでしょう？
垂直に登るリニアモータでもなんでもいいですけど。
CNTのように新技術が必要なわけではないでしょうけど、
既存の技術を組み合わせて今までにないモノを形にするのも立派な技術開発だと思いますが。
＞「CNTフィラメント製造対決(長さ部門)」とか「CNTフィラメント製造対決(比強度部門)」
そちらも、やってますよ。
でもやってる大会でも、昇降技術も平行してやってます。
今回、第一回目であるこの大会では、ミニマムから拡大していける、開催しやすい方をやってるだけでは。
あなたの言うように「テザーだけが重要」なんじゃなく、「どちらも必要」なんです。
Re: (スコア:0)
登るもの（クライマー）という発想じゃなくて、引き上げられもの（プルダー）という発想じゃないかな。
デザーが着地した後、それに更に太いケーブルを付けて、デザーを遠心力を利用して引っ張りあげる感じですかね。
もちろん全体の質量中心を静止衛星と同じ位置にしてあげないと、拙いのですが。
Re: (スコア:0)
こんなのとか [wikipedia.org]
バッテリーは積んでませんけどね
＃たぶん違う
Re: (スコア:0)
そもそも実際の軌道エレベーターは内蔵バッテリーなんか使わないのでは？
テザー側から電力供給を受ける方がずっとスマートでしょう。
Re:150m (スコア:1)
いちおうこういうところでもテザーの強度と並んで、昇降機のほうの技術もやってんですけどね。
そりゃテザーが最重要課題なのは否定しませんが、それができた後のことを考えるのは
決して末節でも時期尚早でも無いと思いますよ。いろんなアプローチが考えられる部分ですしね。
Re:150m (スコア:3, 興味深い)
競技の形にすると、競技ルールに対する最適化は促進されますが
背景となる遠い狙いに近づけるとは限りません。
あんまり早く競技会の形にしてしまうと、現在勝手に想定している形に
特化しすぎてしまって、実際の軌道エレベータができたころには
みじんも役に立たないものとなってしまたりして。。
Re:150m (スコア:4, 興味深い)
ここで試そうとしているエレベーター（クライマー）っていうのは
軌道エレベーターが完成した後で運用するエレベーターのモデルというより
おそらく建設に使うための機械という意味合いのほうが強いと思います。
軌道エレベーターの有力な建設方法として、
最初に静止軌道の衛星から細い糸を地上に垂らして、
その糸をつたって地上側から機材を積んだロボットを何回も登らせて
少しずつ糸を太く強化していく、というやり方があります。
そういう建設法でいく場合、建設最初期はああいう小型のクライマーに頼ることになると思うので
最終的な軌道エレベーターの形式がどうなるのであれ
こういう試みはそれほど無駄にならないんじゃないですかね。
宇宙エレベーター協会の講演を見に行ったことがありますが
技術的な課題も意外と多そうです。
ブラブラする紐をどうやって安定して登るのかということ以前に
野ざらしの環境を何万キロも故障せずに無人で走りきれるロボットという時点でかなり大変です。
Re: (スコア:0)
って自分で言ってるのに、なぜ現在一般的なエレベーターの原理をそのまま使えちゃうと考えたんだろ……
そんなものを作れるほどの技術があるなら、そりゃ昇降機は枝葉だろうさ
Re: (スコア:0)
全く同意です。昇る方法の研究なんて、テザーの材料や構造の方にもう少しめどがたってからでも全く遅くないと思います。技術的な難易度が何ケタか違う。
Re: (スコア:0)
ルールが今と同じな訳ないじゃない。
Re: (スコア:0)
Re:150m (スコア:2)
今後150年というスパンでみるなら、技術はともかくとして経済的な面で微妙かなあ、とは思います。軌道エレベータの建設・運用費用をペイできるほどに衛星打ち上げ需要が増えるのか、という点で。
強いて言えば、太陽光発電衛星は大規模に打ち上げるニーズがあるけど、砂漠に太陽電池を並べるよりメリットが大きいかどうかとなるとよく分からない。
衛星需要そのものは今後も確実に存在するだろうし、軌道エレベータが（化学ロケットと比べて）衛星打ち上げの手段としてスマートであることも間違いないでしょう。が、実現に向けて技術的な面をクリアし、さらに経済的な面もクリアするためにどうすればいいのか、と言われると、もうまったくどこから手をつければいいのかわからない。:-(
# どこからともなく、天才的な工学者と、技術力あふれる建設会社、資産豊富な投資家、ニーズを掘り起こす革命家が現れないかなあ。
Re:150m (スコア:1)
経済的というか需給バランスの問題なんですが, 軌道エレベータって, 静止軌道まで上がる質量と静止軌道から降りる質量がほぼ等しくないと輸送システムとして成り立たない, ということが無視されていることが多いんですよね. ですから例えば宇宙開発の初期において, 静止軌道まで資材を運ぶのに軌道エレベータを使うといった用途では, 位置エネルギーと速度を得るために作用・反作用型の従来のロケットエンジンを併用しないと軌道エレベータを維持できない(まあそれでも降りてくるゴンドラの分は効率が向上しますが)なんてことが無視されてるんですよね.
本来は静止軌道以遠の外宇宙に出る人と戻る人, 地球に導入される物(核融合用のHe3とか小惑星の鉱物資源)と出る物(例えば生鮮農林水産物など)が質量的に均衡する状況になってこそ有効なシステムなんですけどね. 「楽園の泉」にせよ「星ぼしに架ける橋」にせよ, 箱物としての軌道エレベータしか描いていなくて, システムとしての運用とかメンテナンスは考えられていないんですよね.
Re:150m (スコア:1)
物理的問題なのかよくわからない。
読んでいると「最適効率ではなくなる」というだけの問題のような気がするのですが。
それともその段階までいかないと、現在のロケットより非効率になるということでしょうか。
＞ゴンドラの分は効率が向上しますが）
などと書かれているのでそうではないように思いますし。
打ち上げっぱなしでエネルギー使いっぱなしであっても、それに見合うだけの輸送が行えれば
それは立派に「輸送システムとして成り立っている」と思うんですが。
あと、モーターなどではなく、ロケットを使わないといけない理由は何でしょう？
モーターだと大気圏外に近づくほど数学的詭弁空間に取り込まれて自重が重くなったりするんでしょうか。
Re: (スコア:0)
どういうことですか？位置エネルギーなんてたかが知れてるような気がしますが。そんな基本的なことをクラークやシェフィールドが見落とすとは思えない。角運動量？とにかく説明か出典を希望。
Re:150m (スコア:2, 興味深い)
位置エネルギーではなくて角運動量の方。
エレベータはどの高度でも同じ角速度で運動してますから、外周ほど線速度が大きくなります。
地表で380m/sec.ほど、静止軌道では3km/sec.ほど。
エレベータを使って上下する物体も同様の線速度に同期していかないと、そのうちエレベータの壁に押しつぶされることになります。
登りの時はこの運動エネルギーをどうやって得るか、下りの時はどうやって捨てるかが問題になります。
ちなみにわたし自身は上昇する質量と下降する質量の間でどうやって運動量を交換するのかわかりません。
Re: (スコア:0)
そなの？どんどこ荷物持ち上げてたらそのうちカウンターマスが下がってきて地球に墜落すんじゃないの？
カウンターマス3個分くらい持ち上げても平気なの？もしそうならそもそもカウンターマスなんて要らないんじゃない？
カウンターマスと比べてごくわずかしか持ち上げられななら、カウンターマスを静止軌道まで持ってくるコストと比べてホントに得になるの？
Re:150m (スコア:2, 参考になる)
持ち上げられる質量に与えられる角運動量は、エレベーター本体が少し逆方向に傾くことによってバランスされます。その後、エレベーター本体は時間とともに遠心力によって鉛直方向に戻ります。その際の角運動量は地球に吸収されることになります。
ですから、持ち上げる一方で全くなにも降ろさなくても、ゆっくりやる限りは問題ありません。定性的にいえるのはこの程度ですが、このようなことはすべて実際に定量的に計算されていて、問題ないことがわかっています。例えばLiftport社のWiki [liftport.com]などを参照してください。
Re: (スコア:0)
エレベーターはテザーに終始接触しているわけですから、静止軌道に到達する頃には静止軌道速度になっています。エレベータは上昇するに従ってテザーから少しずつ運動量を受け取って軌道速度を増していくわけですが、何が問題なのかわかりません。
Re:150m (スコア:1)
運動量をエレベータから受け取ると、エレベータの軌道速度が下がってしまいますよ？
つまり地球の自転周期に付いてこられなくなる。これではエレベータの役には立たない。
運動エネルギーをエレベータに頼ると、エレベータの寿命はあっというまに尽きてしまいます。
Re:150m (スコア:1, 参考になる)
＞運動量をエレベータから受け取ると、エレベータの軌道速度が下がってしまいますよ？
エレベーター本体（テザー）は、軌道に乗っているわけではありません。地球に固定されています。静止軌道高度以下の高さでは軌道速度より遅いわけです。ですからエレベーターの軌道速度と言う概念は意味を持ちません。
持ち上げる物体に角運動量を与えると、エレベーター本体は少し傾きます。しかしこれは遠心力ですぐに元にもどるのです。
＞運動エネルギーをエレベータに頼ると、エレベータの寿命はあっというまに尽きてしまいます。
エレベーター本体の回転は地球の回転にひきずられて元に戻ります。つまり、ほんのすこしだけ地球の自転が遅くなることになります。しかしもちろん、質量の比が巨大なので、問題になるほどになることはありません。
全般に、軌道エレベーターについて、このような高校レベルの物理が問題になることはありません。全て解決済みです。
もっと複雑なデブリの問題とか振動の問題についても、詳細に研究されています。
しかし最大の問題はエレベーターにかかる巨大な張力に耐えうる材料の開発であって、その問題に比べれば、他の問題を心配するのはほとんど無意味です。
Re: (スコア:0)
＞カウンターマス3個分くらい持ち上げても平気なの？
何万個分持ち上げても平気です。ゆっくりやれば。
＞もしそうならそもそもカウンターマスなんて要らないんじゃない？
ものすごくゆっくりやるなら要りません。ただ実用的に必要なスループットというものがありますから、それにあわせてカウンターマスが必要になります。
Re: (スコア:0)
つことは、基部がメガフロートになってるのとか超音速スカイフックみたいなオーソドックスなのよりむしろ現実的と言われている変種は使いべりしてそのうち落ちてくんの!？超ヤベエ!即刻研究禁止しないと
Re:150m (スコア:2, 参考になる)
下り質量が上り質量と同じなら, テザー経由で運動量を交換できるんですけどね. バランスが崩れると運動量をどうにかして(例えばロケット推進で)確保するとか捨てるとかしなければなりません.
アンカレッジ [wikipedia.org]が十分に大きく, 上り下りのアンバランスが短期的に解消できるのであれば, アンカレッジの位置を調整して運動量をやりくりするという手は使えます. つまりアンカレッジを運動量のバッファとするわけです. でも, 最初に小規模のエレベータを建造し, それを使って地上から資材を持ち上げてエレベータの規模を拡大するというようなシナリオでは, 質量の出超状態が継続するので, 運動量を確保するために何らかの推進が必要になります.
ただ, 推進が必要と言っても, ゴンドラなどを除いた正味の上り質量に対してのみですし, 推力はそれほど必要としないので比推力の大きいイオンエンジン等が使えます. さらに推進剤の駆動エネルギには太陽発電とかテザー沿いの電源供給とかの外部供給が可能なので, 一切合切を詰め込んで地上から飛び上がらないといけないロケットに比べればはるかに効率がいいんですけどね.
Re: (スコア:0)
何か大きな誤解をしているようですね。上り質量がどんなに下りを上回っても、テザー経由で運動量を地球に伝えれば問題ありません。
アンカレッジ云々もこの問題には関係ありません。
持ち上げられる質量に与えられる角運動量は、テザーが少し逆方向に傾くことによってバランスされます。その後、テザーは時間とともに遠心力によって鉛直方向に戻ります。その際の角運動量は地球に吸収されることになります。
ですから、持ち上げる一方で全くなにも降ろさなくても、ゆっくりやる限りは問題ありません。定性的にいえるのはこの程度ですが、このようなことはすべて実際に定量的に計算されていて、問題ないことがわかっています。例えばLiftport社のWiki [liftport.com]などを参照してください。
Re:150m (スコア:1)
>エレベーター本体の回転は地球の回転にひきずられて元に戻ります。
ここがおかしい。
海抜０ｍの角速度を静止軌道の構造物にまで伝播させるなんて、そんな剛性を持たせることは不可能です。
それに、仮にUNSIGNEDLONG64_MAX歩譲って可能だとしたら、エレベータには張力でなく縮力がかかってなければおかしい。
でも、
>最大の問題はエレベーターにかかる巨大な張力
なんですよね？
エレベータは上から吊るんですよ？ 支点は静止軌道よりはるか上に設置されるカウンターウェイト。
これを地球の角速度に同期させると巨大な遠心力が生まれる。飛んでいかないようにエレベータの質量とアンカーレッジでつなぎ止める。ここで巨大な張力が問題になる。
エレベータはアンカーレッジがなければ飛んで行ってしまう代物です。エレベータの構造物は地球自転の角速度ではなく、カウンターウェイトの角速度に同期しています。
上昇する質量はカウンターウェイトのもつ角運動量を減らすことになるし、回復するにはカウンターウェイトを加速してやるしかない。
勝手に地球の自転に同期するなんて言う道理はありません。
Re: (スコア:0)
＞エレベータはアンカーレッジがなければ飛んで行ってしまう代物です。
そのとおり。テザーが鉛直の状態でもカウンターウェイトはその高度での軌道速度より速く動いています。ですからほっておけば地球から離れていくわけです。しかしテザーがあるからテザーが伸びきるところまでしか離れることは出来ません。つまりテザーが鉛直になるまで移動するわけです。その時点でカウンターウェイトの角速度は地球の角速度と同じになります。
この過程でテザーを経由して角運動量を地球とやりとりします。持ち上げた質量が角運動量を持っていってしまえば地球を含めた系全体としてはそのぶん角運動量が変化しますが、全体の質量が大きいので気づくほどではありません。
Re:150m (スコア:1)
>その時点でカウンターウェイトの角速度は地球の角速度と同じになります。
ならんならん。
テザーを経由して地球のエネルギーをカウンターウェイトに渡すには、カウンターウエイトを振り回せるだけの剛性をテザーが持ってないと。
地球の中心を力点、アンカーレッジを支点、カウンターウェイトを作用点としたテコを想像してみるといい。
ただし、このテコはカウンターウェイトを力点、アンカーレッジを支点かつ作用点としたテコでもある。
んな剛性持たせたらアンカーレッドがポキンと折れるわ。
Re: (スコア:0)
うーん。どう説明したらわかってもらえるんでしょうね。テザーには剛性は必要ありません。張力だけでOKです。
地球の自転が静止している座標系で考えると、慣性系でないこの座標系では、地球の重力の他に遠心力という力がかかることになります。簡単のため赤道上だけに話を限ると、遠心力は地球の中心から離れる方向、地球の重力と逆方向に働きます。この遠心力と重力のバランスは、静止軌道より内側では重力が勝ち、外側では遠心力が勝ちます。カウンターウェイトの位置では遠心力の方が強いので、遠心力から地球の重力を差し引いた力Fは、常に地球の中心から離れる方向に働きます。今、テザーが傾いているときを考えると、テザーの張力とFの合力は、テザーと垂直方向、テザーを鉛直方向に向かわせる向きになります。この力によってカウンターウェイトはテザーが鉛直になるまで移動します。
わかりましたか？
これでわからないなら、もう私はあきらめます。中学か高校の理科の先生に相談してください。
Re:150m (スコア:2)
あなたは遠心力について理解していません。
>慣性系でないこの座標系では、地球の重力の他に遠心力という力がかかることになります。
慣性系でないのに遠心力がかかるわけがない。
Re: (スコア:0)
やはりだめでしたか。
まあ聞くは一時の恥、聞かぬは一生の恥ともいいます。
誰か大学の物理学科卒業であなたが信じてもいいと思える人に聞いてみてください。
Re: (スコア:0)
Re: (スコア:0, オフトピック)
>はあ? 遠心力は回転座標系でかかる見かけの力(慣性力)のことだが?
>>地球の自転が静止している座標系
回転してないそうですから。
Re: (スコア:0)
>(自分の生きた恥を残せ)
ちょっと恥さらしすぎじゃない？
Re:150m (スコア:1)
テザーは篭に運動量を渡しているけど、そのデザーの運動量は誰が出しているのかなっと。
それと「前は上、上は後ろ、後ろは下、下は前」な。
あーそうそう、テザーは剛体じゃないからな？
Re:150m (スコア:1)
んにゃ。質量中心が静止軌道より外にあるなら角速度は地球の自転より遅くなるのでそれはあり得ない。
それに、地上部のアンカーには誤差的な力しかかからないよ。テザーで一番張力を要するのは静止軌道上の部分。
さらに、ペイロードを持ち上げるとテザーは「後ろ」に押される、つまり減速するわけだけど、軌道上で減速された物体は、次に高度を下げる。次が大事なんだけど、高度が下がると今度は「前」に移動する。前に移動すると今度は高度が上がるわけです。これらを俯瞰してみると軌道が楕円になりますが、これは要するにホーマントランスファー軌道そのものです。
つまり、鉛直で止まったり [srad.jp]はしませんよ？
んじゃ、「前」に移動するタイミングでペイロードを上げたらどうなるかってーと、それはホーマントランスファーから円移動に移行する操作そのものなので、最初より低い円軌道に入ります。高度が低いので当然地球とは同期しなくなりますね。
大事な事なのでもう一度書くけど「質量中心が静止軌道より外にあるなら角速度は地球の自転より遅くなる」からね。
Re: (スコア:0)
死んだ衛星などのデブリとはいずれ必ず衝突することに言及されているのも見たことありません。
技術的に可能になり需要があったとしても、建設中の衝突事故が予想されすぎて現実的でないという。
Re: (スコア:0)
テイクオフのリスクが減るし、グライダー的な使い方で短距離空港路がペイする様にもなるし。
位置エネルギーは使い方によっちゃ便利に使えるエネルギーだよ。
Re: (スコア:0)
うーん、需要については打ち上げコストが安くなればいくらでも掘り起こせると思います。今より遙かに安価で実現できるなら無重力(and|or)真空でやりたいことは多々あるでしょうから。
むしろ問題はそれをこなせるだけの軌道の余裕があるか、という気もします。
極力安定した軌道で、重力の変動が少なくないとダメでしょうし。 あとは月やその先に進出するのは大前提ですかね。
Re:150m (スコア:1)
毎週やれば3年後には150回になるよ?