もしも科学シリーズ(29):もしも宇宙エレベーターが完成したら


大手総合建設会社・大林組が宇宙エレベーター構想を発表した。2050年に運用開始というから楽しみだ。



もしも宇宙エレベーターが完成したら、安全に宇宙に行けるに違いない。そう思っていたが、大出力のレーザー光、気圧や温度、ケーブルの切断など、ロケット同様に危険に満ちた旅になるだろう。





■10万kmのクモの糸



日常生活でエレベーターと言えば、垂直のエレベーター・シャフト内を移動する装置だが、宇宙エレベーターは地上と大気圏外をつなぐケーブルだけで、まわりを囲む構造物はない。ケーブルの片側を地球に固定し、もう一方を宇宙にただよわせる。



すると地球の自転で遠心力が働き、たるまずにケーブルが張れるのだ。高度15万kmまで伸ばせばケーブルだけで十分だが、10万kmぐらいでは遠心力が足りないので、端にカウンター・ウェイトと呼ばれるおもりを付けて張力を増す。



月から見れば、宇宙から垂れたクモの糸程度の大きさだろうが、このケーブルを伝ってクライマーやシャトルと呼ばれる「かご」が昇降し、人間や荷物を宇宙に運ぶのだ。



長さ10万kmを超えるケーブルは、それ自体が膨大な重量となる。自分の重さで切れてしまう破断長は、鋼材ワイヤーが50km、防弾チョッキに使われるケブラーでも200km程度だから役に立たない。そのため、軽くて強靱(きょうじん)なカーボン・ナノ・チューブが最有力候補になっている。







通常のエレベーターは、ケーブルが切れてもエレベーター・シャフト内のレールに接触する非常ブレーキが働くが、宇宙エレベーターにはレールがない。ケーブルが切れた場合、高度100km以下ならわずかながら大気があるのでパラシュートなどで対処できるが、100km以上のクライマーは地球に帰還する宇宙船と変わらない。



安全に大気圏再突入するには秒速8km以下が目安というから、逆算すると高度250kmが限界で、それより高いと大気中で燃え尽きる公算が大きい。高度5万km以上では地球脱出速度を超えて周回しているので、ケーブルが切れた瞬間にクライマーは宇宙のかなたを目指し旅立つ。





有人ボイジャー3号では悲しすぎるので、頑丈なケーブルに期待しよう。



地球から見て常に同じ場所に位置するように、静止軌道ステーションは高度3万6,000kmをおよそ3km/秒で周回する。高度400kmの国際宇宙ステーション(ISS)には高すぎるので、移動や補給の拠点となる低軌道ステーションを300〜400km地点につくる。



人件費から燃料代まであらゆるコストを含めると、退役したスペースシャトルの打ち上げは1回500億円と言われ、運べる荷物は25トン程度だから1kgあたり200万円かかった。もしもISSにミネラルウォーター(2リットル)を届けるなら、送料だけで400万円かかる計算だ。



飲料水がピンドンよりも高いなんて、ぼったくりにもほどがある。





対して宇宙エレベーターなら、1基の場合は1kg・50万円程度、数基稼働させれば30万円程度に収まるというから圧倒的に安い。完成すれば宇宙開発に拍車がかかることは間違いなしだ。



上昇スピードをコントロールできるのもエレベーターのメリットだ。ロケットのGに耐えられない病人でも運べ、微少重力状態の宇宙ステーションでは、重力の支配を受けず治療できる。うつぶせの状態が長時間続く脳外科手術も、宇宙なら患者の負担を大幅に減らすことができるのだ。







ただし高度80kmを超えた熱圏は、1,000℃を超えることも珍しくない。しかも昇るほど高温になるやっかいなエリアだから、クライマーの耐久性を考えるとなるべく短時間で通過したいところだ。時速200kmなら低軌道ステーションに2時間で着くが、秒速55.6mで5.7Gかかるので、スペースシャトルより身体に厳しい。







宇宙病院を開業すれば大盛況と思ったが、5.7Gでは通院だけで余計に具合が悪くなりそうだ。



■動力は殺人光線



酸素の少ない宇宙では、エネルギーは電力が妥当だろう。しかし重たいバッテリーをクライマーに搭載したら、運べる貨物が減ってしまう。少なくとも2,000kWと見積もられるクライマーの電力を、どのように供給するかが問題だ。







もっとも現実的なのは、地上ステーションからレーザーを発し、クライマーがそれを受け止めて電力に変換する方法だ。レーザーから電力へは約40%と変換効率も良く、およそ5,000kWのレーザーを照射すればクライマーの動力がまかなえる。







ただしレーザーは、扱い方を間違えると非常に危険だ。0.4W程度でタバコに火がつき、失明した例もある。日本工業規格「レーザ製品の放射安全基準」では0.5Wを超えると高出力と定義され、もっとも危険なクラス4に分類されているぐらいだから、その1,000万倍のレーザーを浴びたら無事では済まされない。







周辺を立ち入り禁止にすれば人的被害は防げるだろうが、鳥を防ぐ方法を考えなければならない。地上ステーションに焼き鳥が散乱するような事態は避けたいものだ。



■まとめ



宇宙エレベーターは、昇りよりも下りの方が技術的に難しいという。自由落下では20秒ほどで時速700kmに達するため、ブレーキをかけながら下りるのだが、空冷できない宇宙ではブレーキの冷却や排熱が課題となるそうだ。







運用までの38年間に、幾多の問題を乗り越えて完成するに違いない。その時はすでに高齢者の一人だが、搭乗が許されるならぜひとも宇宙に行ってみたいものだ。



(関口 寿/ガリレオワークス)