月まで到達するには14日、火星まで到達するには61日かかります。 「宇宙エレベーター」の夢はどれくらい遠いのでしょうか？

小説『三体』に出てくる「宇宙エレベーター」は魅力的です。エレベーターに乗り、ボタンを押すだけで、宇宙に飛び立ちます。このような宇宙エレベーターの夢は古くからある。 1895年、ロシアの科学者ツィオルコフスキーはエッフェル塔を見て宇宙エレベーターのアイデアを提唱しました。 1979年、SF界の巨匠クラークも小説『楽園の泉』の中で宇宙エレベーターについて描写した。

国際宇宙エレベーターコンソーシアムのピーター・スワン会長も、将来的には宇宙エレベーターが恒久的な物流インフラとして機能し、宇宙に物資や人員を輸送し、宇宙に入るための新たな経路となるだろうと述べている。また、月や火星の重力レベルは地球よりも低く、空気は薄いか真空であるため、建設の難易度は地球よりも低いと指摘した。今後14日間で、月に到達するのに14日、火星に到達するのに61日かかります。

次に問わなければならないのは、宇宙エレベーターの技術はどの段階に達しており、いつ実現できるのかということです。アイデアの技術的成熟度を 0 から 9、つまり SF から現実までの 10 段階に分けるとすれば、私たちは現在第 2 段階にあります。 SF段階（ステージ0）を超え、科学的に実現可能な原理を提案し、実現可能な主要な技術指標を算出しました。その後、主要な技術とシステムの実験的検証が必要となり、その後に実際の構築が行われます。これは、まだ長い道のりが残っていることを示しています。

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では、この宇宙エレベーターを可能にする具体的な科学的原理と、宇宙エレベーターにはどのような構造要素が含まれているのでしょうか?

宇宙エレベーターの本質は、地上と宇宙の一点を結ぶ恒久的な「ケーブル」構造を構築することです。ケーブル構造が36,000キロメートルより低い場合、内部に圧力がかかります。鋼鉄で造る場合、高さは飛行機が飛ぶ高さと同程度の約9キロメートルまでしか造ることができません。もっと高ければ、底部の鋼鉄は巨大な圧力で押しつぶされてしまいます。しかし、さまざまな材料の伸長能力は、圧縮能力をはるかに上回ります。そこで、長さ約5万キロメートルの宇宙エレベーターの計画が提案されました。この計画は、ハンマーを投げるアスリートに似ています。地球はハンマー投げ選手に相当します。 5万キロメートルのケーブルが地球の赤道上に固定され、その先端にはハンマーが付いています。地球の自転により、ハンマーとケーブルの回転遠心力は、それらにかかる地球の重力によってバランスが取られます。

つまり、宇宙エレベーターのシステム全体は、4つの部分から構成されています。1つ目は赤道面にアンカーされたベースステーション、2つ目は長さ約5万キロメートルのケーブル、3つ目は高度5万キロメートルに位置するバランスウェイト（このカウンターウェイトは宇宙ステーションになることができます）、4つ目はケーブルに沿って高速で上下に走行するエレベーターカーです。

宇宙エレベーターの建設費用は約100億ドルと見積もる人もいます。しかし、完成すれば、1キログラムの物体を宇宙に輸送するコストはわずか100ドルになる。輸送コストは打ち上げロケットに比べて100倍低くなります。 1,000トンの物体を軌道上に輸送できれば、宇宙エレベーターの建設費用は回収できるだろう。アプリケーションの見通しが明るいので、すぐに構築してみませんか?

これは、まだ多くの技術的な困難が残っているためです。最大の難しさは、十分な強度を持つ材料が必要なことです。カーボンナノチューブと超強力グラフェンは、宇宙エレベーターのケーブルを製造するための理想的な材料であると考えられています。カーボンナノチューブは十分に強力だが、実験室で生産できるのは長さ1メートル未満であり、長さ5万キロメートルには程遠い。それは実に1万マイルの長い行進であり、まだ一歩しか踏み出されていない。さらに、まだ答えられていない詳細が数多くあります。宇宙エレベーターの車両はどのような駆動モードを選択すべきでしょうか?長さ 50,000 キロメートルのケーブルがどのようにして効果的に揺れに耐えられるのでしょうか?宇宙エレベーターが宇宙ゴミや隕石の衝突に遭遇したらどうなるでしょうか?

つまり、宇宙エレベーターを宇宙に持ち込むことはまだ理論段階であり、実際のプロジェクト実施までに克服すべき技術的な困難がまだたくさんあるのです。

この記事は、科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けた作品です。

著者: 周 炳宏

レビュー: 劉勇

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司