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100年宇宙船とスペースコロニーの構想 Part-1 アポロ11号から恒星間旅行まで [宇宙のロマン]

アポロ11号で世界で初めて月面に降り立ったニール・アームストロング氏が8月25日に亡くなりました。



“これは一人の人間にとっては小さな一歩だが、人類にとっては偉大な飛躍である。
(That's one small step for [a] man, one giant leap for mankind.)”




と月面でアームストロング宇宙飛行士が語った言葉はあまりにも有名です。(アポロ11号についてはこちらに特別記事があります)

月面に降り立ったアームストロング船長

ニールアームストロング




さて、人類が月に到着したのは1969年7月20日。

それからすでに43年経ったわけですが、よく考えれば、あの当時予想されたほど宇宙開発は進んでいません。



ちなみに、LobyがSF映画の傑作と考える『2001年宇宙の旅』では、題名通り2001年には人類がすでに惑星間航行(木星まで)をやることになっていますが、2001年どころか、2010年(続編の『2010年宇宙の旅』ではソ連が木星まで宇宙船を送り込む話になっている)をとっくに過ぎた2012年になっても、人類は月から先に一歩も足を伸ばしていません。


もっともっと宇宙開発を進めて欲しいと思う気持ちと、偉大な足跡を宇宙開発史に残したニール・アームストロング氏の功績に思いを馳せつつ、今日は“人類の夢”である、恒星間旅行について話したいと思います。

 


                                          



このところ火星探査の話題(ニュース)でもりあがっていますが、NASAはかなり以前から火星へ“片道切符”の宇宙船を送り込む計画をもっていたそうです。この計画については、当ブログでも以前取り上げました(記事を見る)が、この「火星植民地パイオニア計画」には、NASAがやはり20年間ほど構想してきた「100年宇宙船-100-Year Starship」という計画が密接に関係しています。


そこで今日は、DARPA(国防高等研究計画局)が2011年に開催した『100-Year Starship Study』シンポジウムで様々なアイデアと議論がされた、惑星間宇宙船および恒星間宇宙船の話題も含め話しを展開したいと思います。



espaconave100anos.jpg



そもそも、シロウトが聞いたら無謀とも思える“片道切符”の火星旅行というのは、地球にもっとも近づいた時でさえ5600万キロもの距離がある火星へ人間を送り込むのには、膨大な量の食料・水、燃料などが必要となるため、とてつもなく巨大なロケット、もしくは5~6隻の宇宙船が必要となるからです。そしてこのようなビッグ計画は資金面でも技術面でもかなり困難。そこから片道切符”旅行という奇抜なアイデアが出たもの。つまりNASAの“苦肉の策”というわけです。

 
往復に1年半かかる火星旅行

m-04.jpg




さて、太陽系内の惑星であれ、太陽系外の恒星であれ、宇宙空間を長い間を航行するためには、克服すべきさまざまな難関があります。
太陽系に最も近い恒星(ケンタウルス座アルファ星)でさえ4光年あまり離れていおり、もっとも地球に似た系外惑星と言われるグリーズ581c(Glise-581c)にいたっては20光年以上もの距離があるのです。



Glise-581d.jpg





恒星間旅行



さて、今回は目標を太陽系外惑星、仮に上に挙げたグリーズ581cに定めるとして、どのようなロケット・宇宙船が必要なのか、またどのような問題をクリアしなければならないのかについて見てみたいと思います。

まず第一に、グリーズ581cまでは分かりやすい単位に変換すると190兆Kmの距離があり、現在考え得るもっとも速い宇宙船の速度(光速の10分の1)で航行したとしても約200年もかかるのです。これはあくまでも直線距離をベースとしての計算で、実際は太陽系内外の天体の重力などの影響があることから、いかなる推進装置をもつ宇宙船といえど直線には航行できない(相対性理論)ため、ヘタをすると(地球時間にして)300年とか400年とかかかるかもしれないのです。



space_ship.jpg

無人宇宙船にもメリットはあるが…

 

無人宇宙船

 

ロボット宇宙船の可能性及び問題点をテーマーにしたSFには『造物主の掟』がある






推進方式

航行時間が50年も100年もかかる宇宙旅行の場合、現在主流の化学燃料エンジンは水力の弱さ、それと膨大な重量を積載しなければならないというハンデから、最初から除外します。

まず最初に実現の可能性が高い推進装置として挙げられるのが原子力エンジン。
「はやぶさ」で有名になったイオンエンジンも原子炉と組み合わせて使用すれば、より効率的になりますが、ここではより大きい推力と高い噴射速度(比推力)の両方を得られる原子力エンジンを見てみます。



原子力熱核ロケット



熱核ロケット (Nuclear thermal rocket) は、核分裂炉又は核融合炉の高熱により直接推進剤(通常は水素)を加熱膨張させ、ノズルから噴出して推進する方式で、米国ではオリオン計画で検討がされました。オリオンは、1年以内に地球から冥王星に到達し、戻ってくることができる能力をもちます。


オリオン計画では熱核ロケットエンジンの採用が検討された

恒星間宇宙船オリオン



原子力プラズマロケット

一方、英国の「ダイダロス計画」(Project Daedalus)では、レーザー核融合ロケットエンジンを採用。電子ビームによる重水素/ヘリウム3のレーザー核融合を使い、1秒間に250個の燃料ペレットを核融合連続爆発させ、そこから生じたプラズマを磁場によるノズルにより制御する推進法が考えられました。

ダイダロス号は地球軌道に建設され、全長は195メートル、54,000トンの重量を持ち、そのうち燃料が50,000トン、実質的なペイロードは450トン。2段式の宇宙船として計画されていました。第1段ロケットは2.年間動作し、ダイダロス宇宙船を光速の7.1%まで加速した後、放棄され、第2段ロケットは1.76年間で宇宙船を光速の12%まで加速して停止、その後は慣性飛行を行います。


高さ195メートル、重量5万トンを超すダイダロス号

ダィダルス



ダイダルス比較



バサード・ラムジェット

宇宙空間中に散在している水素分子を主とする星間物質を強力な磁場によってかき集めて燃料(推進剤)にする、というのが「バサード・ラムジェット」(Bussard ramjet、恒星間ラムジェットとも)です。ラムジェットエンジンが、自身の、空気との相対速度自体によって作動することにちなんでつけられた名前で、理論上はバサード・ラムジェットが作動させられる速度までの加速に必要な燃料さえあれば、後はいくらでも加速できるという事になります。磁場を調節することで水素分子だけをラムスクープ(収集用の磁場を発生させる枠)に捉え、質量の大きな微小天体は素通りさせてしまう巨大なザルのようなものが想定されていて、宇宙船本体はザルの中心にぶら下がる形となります。

宇宙空間にある水素を燃料とするバサード・ラムジェット

バサードラムジェットエンジン


このシステムの問題は星間物質を集めるための磁場(ラムスクープ)の直径が惑星なみの大きさになる事、ラムスクープを形成するためのエネルギー、そして磁場が船内の機器や人体にあたえる影響の問題があります。また、星間水素密度が予想より遥かに薄く、1970年代にはバサード・ラムジェットは現実的には不可能であるとされています。


反物質ロケットエンジン

現在、恒星間航行を可能にする宇宙船の動力となる高エネルギー源として、もっとも有望視されているのは反物質である。加速器によって生成した反粒子を十分に冷却した状態で反応させる事により、安定した反物質(反水素)が生成できる事は確認されており、これを安全に保存できるなら、将来的なエネルギー源(正しくはエネルギーを保有する方法)として利用できる可能性がある。ただし、現代の技術水準では1gの反物質を製造するには巨大加速器を100億年にわたって反物質の製造に専念させる必要がある。


反物質ロケットのイラスト

反物質宇宙船



反物質ロケット



反物質ロケット噴射


ダイソン球と呼ばれる、恒星を巨大な人工構造物で覆って、恒星から発生するエネルギーを利用する超巨大な構造物のアイデアがあるが、これを利用して恒星の発するエネルギーをすべて反物質製造に費やせるなら、数年~数十年程度で恒星間航行に必要な動力が得られると云う計算がある。


ダイソン球の想像図

ダイソン球



これは実現の可能性はないとは言えないが、途方もないアイデアであり、そこまで大掛かりな装置で無くとも、公転軌道上に直径750m程の大きな粒子加速器付きの人工惑星(形状としては、太陽に向いた巨大アサガオのような物)を200個程度設置すれば、約20年ほどで恒星間航行が可能になるのに十分な反物質20トンが蓄えられるといいます。

現在の技術水準では、直径750mの人工惑星200個を太陽の公転軌道に乗せることも非常に難しいかもしれませんが、月面のマスドライバーや惑星軌道上の工場衛星が現実的な未来の話として挙がっている以上、まんざら途方もないSFの話とも決めつけられません。

続く

参考資料/サイト: 恒星船(Wikipedia)

            宇宙の飛び方

            スペースコロニー
 
                                          













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コメント 33

mimimomo

おはようございます^^
半分まで読んだところで、目が疲れちゃったですよ。
また続きは後ほどお伺いすることにして、
ロマンがありますね~ しかし火星だって片道切符ではね~
by mimimomo (2012-08-31 05:40) 

ぽちの輔

nice!&コメント、ありがとうございました。
後でじっくり拝見させていただきます。
まずは、ご挨拶まで。
by ぽちの輔 (2012-08-31 06:42) 

ひでぷに

おはようございます。
凄いです・・・博識ぶりにびっくりです!

恒星間旅行、こんな方法があるのですね~
しかし、一般人にとっては想像もつかない方法ですね。
地球が滅亡するなどの危機が生じない限り、とても1国の力のみでは実現不可能でしょうね。。。
by ひでぷに (2012-08-31 08:03) 

Loby-M

✩mimimomoさん、おはようございます。
 どうもありがとうございますm(__)m
 原子力ロケットが出来たら、火星も楽に往復できるのですが…
 まだまだ将来のことになりそうです。

✩ぽちの輔さん、ご訪問有難うございます。
 
✩ひでぷにさん、おはようございます。
 いえいえ、あちらこちらから情報を集めただけです。
 
 恒星間旅行はワクワクする夢ですが、まだまだ将来のことのようです。それほど必要性がないようなのでどの国も急いでいませんね^^;

by Loby-M (2012-08-31 10:21) 

トックリヤシ

ご訪問&niceをありがとうございます。
by トックリヤシ (2012-08-31 10:39) 

リキマルコ

宇宙旅行は実現するんでしょうか?
いつまでも神秘的なままであってほしい気もしますが…(*^^*)
by リキマルコ (2012-08-31 15:22) 

rtfk

自分の時代には想像の世界で終わりそうですね。。。
でもそのほうが幸せなのかも知れません(^m^)

by rtfk (2012-08-31 19:53) 

エコピーマン

全文読ませていただきました
非常にに興味深いですね 夢とロマンがあります
私 SF大好きなので SF映画に出てくるものは近い将来
実現するだろうと思われるものが70%近くあると考えています
いろいろと勉強になりました 
いずれ地球も 寿命を迎えるのですから 人災かもしれませんが
否応なくこのようなものは 開発されていくでしょう
そんなことが良いとか悪いといかではなく
地球環境の激変による 人類全滅か 新天地の開拓という選択でしょう
地球は奇跡の星ですからね.....^^)b

by エコピーマン (2012-08-31 20:23) 

heroherosr

ご訪問とnice!をいただき、ありがとうございました。
ゆくゆくは、普通にガンダムの世界のようにスペースコロニーができるものと思っていましたが、そう簡単なものではないのですね。
by heroherosr (2012-08-31 20:31) 

youzi

こんばんは♪
『ル・ププランな気分』にご訪問くださり、
ありがとうございます。
Lobyさん、新しいブログを開設されたのですね。
見ているだけで、宇宙旅行をしているような
素敵なブログですね。
またお邪魔させていただきますね。
by youzi (2012-08-31 23:49) 

Loby-M

✩トックリヤシさん、ご訪問&コメント有難うございます。

✩リキマルコさん、そうですね、宇宙旅行は遅かれ早かれいつか実現するでしょうけど、あまりにも制約が多すぎますね。
でも、できることなら将来、火星コロニーなどに行ってみたいです。

✩rtfksさん、そうおっしゃらずに夢を持ちましょう♪

✩エコピーマンさん、どうも有難うございます。
 エコピーマンさんもSFファンなんですね^^b
 私と同類です(^o^)
 そうですね、恒星間宇宙船にせよ、スペースコロニーにせよ、
 現在の科学で実現できるものが多くありますね。
 ただ問題は資金でしょうね。
 軍備拡大をやめればすぐにでも実現できるものもあります。
 生きているうちに、せめて月都市に行ってみたいものです。

✩heroherosrさん、ご訪問有難うございます。
 やはり一番の問題は放射能ですね。
 これを見ただけでも、いかに地球に住むということがラッキーであり、恵まれているかが分かろうというものですね。


by Loby-M (2012-09-01 00:45) 

seawind335

久し振りに童心に帰って、ワクワクしながら読ませていただきました。
あの頃は、未来に向けての夢が大きかったように思えます。
今の子供たちはどうなのだろうか。。。。(^_^;)
by seawind335 (2012-09-01 08:42) 

kinkin

ご来訪並びに nice! ありがとうございます。
宇宙へのロマン、良いですね。自分も学生時代は天文クラブ入っていて星について
夢中になっていた時代がありました^^;

by kinkin (2012-09-01 09:35) 

mimimomo

再び~
少なくともわたくしが生きている間には実現できそうにないですね^^
それよりこう言うエネルギーをもっと現実的に現在のエネルギー不足に役立てられないか?
などと考えてしまいましたよ。男と違って女はロマンより現実をいかに生きるか、ですから(^0^
by mimimomo (2012-09-01 09:59) 

ゆきち

nice & ご訪問ありがとうございます。

現実がSFに近づくにはまだまだ時間がかかりそうですね。
宇宙はまだまだ未知の世界のままって感じですね。
by ゆきち (2012-09-01 11:17) 

takenoko

ご訪問&niceありがとうございます。
大ロマンの話ですね。いつかこういう時代が来るかもしれませんが
おそらく体験出来るまで生きないでしょうね。
by takenoko (2012-09-01 13:40) 

kuwachan

こんにちは。
宇宙の話にはロマンがありますよね~。
でも、最近はロマンではなくかなり現実味を帯びているところもありますね。
宇宙は想像しているだけで楽しいところもあるので、わからないままでも
いいかな?と思うときがあります。
by kuwachan (2012-09-01 14:30) 

Hide

niceと最高のブログをありがとうございます。
今日、家に戻りましたら、ゆっくり読ませて頂きます。
by Hide (2012-09-01 15:49) 

もーもー

訪問・ナイスありがとうございます
  宇宙は無限で  夢のまた夢  と思っていたら
もう  宇宙で  活動している人が  いるわけで・・・・
   人間て  すごいけど
宇宙のゴミも  人間のせい    これ以上  汚れないで  欲しい
   宇宙人も   文句  言ってるかな????
また  お邪魔いたします
by もーもー (2012-09-01 16:04) 

かずい

ご訪問ありがとうございました。
壮大なテーマですね。
まるで図鑑を読んだような感じがしました。
by かずい (2012-09-01 19:34) 

PATA

ご訪問とniceありがとうございます。
当分宇宙は人間には手に届きそうにないですね。
by PATA (2012-09-01 20:55) 

moumou

Lobyさんこっちも楽しそうですねえ。
こういうところまで造詣が深い!!
by moumou (2012-09-01 21:23) 

さる1号

ロマンいっぱい、良いなぁ
月を見ながらもう一度読み返してみます^^
by さる1号 (2012-09-01 22:34) 

Loby-M

★seawind335さん、ご訪問有難うございます。
 最近は少々世知辛くなったせいか、昔のように
 胸をドキドキさせて夢を見る子どもが少なくなった気がしますね。
 「はやぶさ」帰還のエピソードが子どもたちに大きな夢を
 あたえたように、もっともっと夢をあたえて欲しいとおもいます。

★kinkinさん、ご訪問&コメント有難うございます。
 学生時代は天文クラブに所属されていたのですか。
 では天文にはかなりお詳しいですね^^b

★minimomoさん、再びの訪問、有難うございます。
 昔から女性は現実的と言われていますが、言われることも道理あります。
 エネルギー問題解消には、クリーンなエネルギーと言われている、核融合プロジェクトがあります。

★ゆきちさん、ご訪問&コメント有難うございます。
 そうですね。大国は軍備ばかり優先していますから、
 今回とりあげたような話が現実になるのは
 かなり先のことでしょう。

★takenokoさん、ご訪問&コメント有難うございます。
 いくつになっても、こういう話は好きです^^;
 出来れば、生きているうちにせめて月にでも生きたいものです。

★kuwachanさん、こんにちは。
 ロマンがなくなりつつある世相だからこそ、
 こういう、害のない夢を大いに話したいとおもいます^^;
 ロマンも夢もなくなれば人生も世界もつまらなくなります…

★Hideさん、ご訪問&コメントありがとうございます。

★もーもーさん、ご訪問&コメント有難うございます。
 宇宙の夢の話はロマンがありますけど、モブリ(宇宙ゴミ)も
 かなり心配な問題ですね。
 人間は行く処行く処ゴミだらけにしてしまうようです^^;

★かずいさん、ご訪問&コメント有難うございます。
 宇宙は大いなるロマンをあたえてくれますね。

★PATAさん、ご訪問&コメント有難うございます。
 5年や10年では実現しそうにない、というのも厳しい現実です^^;

★moumouさん、ご訪問有難うございます。
 ただの趣味ですので。
 読んでいただいて有難うございます。

★さる1号さん、ご訪問有難うございます。
 そういえば数日前は満月でしたね♪



by Loby-M (2012-09-01 23:12) 

carotte

人が乗って地球以外の天体へ行くというのは、とりあえず月までで、その後は高度なロボットを作って送り込むというようなことでしょうかねえ〜。人間が行けるようになるまでには想像もつかないような時間がかかりそうですが、行くんじゃないですか?人類はずっと地球に住み着いていられるわけじゃなさそうですから。
by carotte (2012-09-02 09:06) 

elm

ロビーさん
宇宙のことは私も好きなので、これから何度もおじゃましそうです。
それで、ロビーさんにお願いです。
見知らぬ人にいきなりお願いというのも非常にあつかましいですが。。。

この8月31日のブログを小分けにしていただけないでしょうか?
過去の日付なり、予約なりして
読みたいところをいつでも読めるように、
タイトルをつけていただけるともっとありがたいです。

そうしたら、順々に読んで楽しませていただきます。
本当にいきなりあつかましいお願いですみません。
by elm (2012-09-02 10:52) 

駅員3

壮大な宇宙、その宇宙の向こう側に何があるのか。
宇宙を作ったものは誰なのか?
興味を持ち出したら桐がありませんね。
小学生の時にスカイラークシリーズに出会い、SFのとりこになりました。
by 駅員3 (2012-09-02 16:06) 

Loby-M

★carotteさん、そうですね、ロボットを送り込んだほうが無難のような
 気がします。でも、それでは夢もロマンもなくなってしまうような…^^;
 将来は、より強力で効率的なエンジンが開発されると思われますから
 きっと系外惑星などへ行けるようになるでしょうね♪

★elmさん、ご訪問有難うございます。
 この記事を小分けにする依頼ですが、検討させていただきます。
 出来たらお知らせしますね。

★駅員3さん、おお、あなたも(隠れた?)SFファンでしたか。
 ブログなどではまったくそんな事は分かりませんね^^;
 神秘な宇宙は古代から人間の興味を引きつけてきましたね。


by Loby-M (2012-09-03 10:55) 

perseus

おはようございます。
アームストロングさんのことは新聞で知りました。
人類の夢の構想を具現化された第一人者でもあるし、
彼の後には宇宙に関する大きな進歩に繋がっていますからね。
気軽に宇宙へ行ける時代になれば良いですね。
by perseus (2012-09-03 11:10) 

Loby-M

★perseusさん、おはようございます。
 アームストロング氏は、人類の大きな夢を実現された人ですね。
 しかしながら、アポロ11号以後、宇宙開発はあまり進んでいません。
 人類が宇宙へ羽ばたくのはいつの日でしょうか…


by Loby-M (2012-09-04 00:10) 

SIBA-dog

びっくりです(@_@;)
Lobyさんの宇宙のロマンが伝わってきそうです。
人類はそろそろ宇宙に視線を向けなくてはならない時がくるでしょうね。
by SIBA-dog (2012-09-04 14:54) 

Kow

はじめまして。気になった点がありましたのでご報告を。

「もっとも地球に似た系外惑星と言われるグリーズ581c(Glise-581c)にいたっては」とありますが、その下にある地球との比較想像図では「581d」になってしまっています。加えて次ページ
http://metamorphose-planet2.blog.so-net.ne.jp/2012-09-02
では「たとえば、前にもあげた『グリーズ581d』惑星までは最低200年」とあり、果たしてcなのかdなのかがよく分かりません。どちらなのでしょう?

(ちなみにグリーゼ星系にはハビタブルゾーン内にあると有望視されるgもありますが、こちらはその存在自体が疑われていたりもします)
by Kow (2013-05-31 20:53) 

Kow

続けてコメントします。
「現在考え得るもっとも速い宇宙船の速度(光速の10分の1)で航行したとしても約200年もかかるのです。これはあくまでも直線距離をベースとしての計算で、実際は太陽系内外の天体の重力などの影響があることから、いかなる推進装置をもつ宇宙船といえど直線には航行できない(相対性理論)ため」
とありますが、0.1光速も出せるのであれば「太陽系内外の天体の重力などの影響」なんて考慮せずに直線で航行できるはずですが……。ボイジャーやパイオニアと混同されていませんか? また、航路について相対性理論は関係ないはずです。
(つけ加えると、0.1光速程度なら時間の遅れもさして問題になりません)
by Kow (2013-05-31 21:09) 

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