宇宙へ行くこと

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東大OG、宇宙へいく

あちこちの新聞にありますが、2010年2月に打ち上げ予定の米スペースシャトル「アトランティス」に、山崎直子宇宙飛行士の搭乗が決まったそうです。

スペースシャトル、かっこわるい

さて、かなり挑戦的なことを書きますが、スペースシャトルは旧技術の固まりでこれは非常に格好悪いです。まず、スペースシャトルの重量の大半は燃料で占めます。ということは燃料を打ち上げるために燃料を載せている。これは非常にかっこわるい。

サッカーボールモデル

地球の中心から距離r[m]での引力は、万有引力定数G[Nm^2/kg^2]、地球の質量M[kg]、宇宙船の質量m[kg]とすると、-( GMm / |r|^2 )( r / |r| )ですので、こいつを距離で積分すれば宇宙まで飛び出すのに必要なエネルギーを得ます。それと打ち消すだけの初速があれば宇宙にいけるわけです。

これは初速を一度に与える場合で、サッカーボールを宇宙まで蹴飛ばすのに必要なエネルギーと言い換えてもいいかもしれません。スペースシャトルの場合はもうちょっと違います。一度に初速を与えたら中の人間は加速度で死んでしまうからです。

スペースシャトルの場合、単位時間に吹き出す燃料の質量n[kg/s]、噴出速度をV[m/s]としますと、推力はnV[N]になります。また、単位時間あたりの運動エネルギーは(1/2)nV^2ですので、nを消去して・・・あーめんどうくさい。理物の人カモン。

ロケットの質量と推力が釣り合っていることから、ロケットの質量mと燃料の噴出速度から必要な燃料を計算できます。逆に言うと必要な燃料の量は噴出速度(つまりどのくらいゆっくり宇宙に登るか)に関係があるという当たり前の結論に到達します。

あと、ニートですので計算が間違っているときは優しく教えて下さいね。物理なんて大学入試の時を境に縁を切りました。

銀貨鉄道999モデル

いきなり初速を与えるのは無理とすると、徐々に加速していくことを考えます。

リニアモーターかジェットエンジンか何かでうんと加速してしまいます。第二宇宙速度が11km/sくらい。コンコルドが約2,160km/hなので、3,600で割ると0.6km/sくらいでしょうか。第二宇宙速度の1/18くらいの初速で発射できます。もうちょっと頑張りたいけど、これでだいぶ燃料は節約できるはず。細かい計算は理物の人カモン。

飛行機から打ち上げる

スペースシップワンというのがあります。見ての通りとてもスマートですが、ちゃんと宇宙まで行けます。これを見るとスペースシャトルは1980年からまるで進歩していないと思いませんか?

アポロ計画の頃は旧ソ連と熾烈な宇宙開発争いをしていたからいいのですが、その後宇宙開発は一段落してしまったようです。月も行ったし、もういいかなって思っているんじゃないでしょうか。

その後、お金が大量に流れたのは金融です。冷戦が一段落したことで、軍事関係を中心に、極めて優秀な人が金融業界に流れ込んだのです。それもあってか、宇宙開発は燃料を打ち上げるために燃料を積むような無粋なものを30年近く使い続けることになってしまったわけです。

宇宙エレベータ

これは現代のバベルの塔ですね。宇宙まで届く塔を作ってしまえば、あとはエレベータで宇宙に行けると言うことになります。天罰が下らなきゃいいのですが。

自重を支えるためにカーボンナノチューブをふんだんに使った贅沢なエレベータですが、実現してしまえば極めて安いコストで宇宙まで行けます。

本命はスペースシップワンかなあ

これは現実的に宇宙まで行けますし、コストもそんなにかからないようです。1億円もあれば宇宙に行けるんじゃないかな。オナカンで宇宙開発をやるなら、ぜひこうした方法を採りたいものです。