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【人類は宇宙へ飛び出そう まずは小惑星から】 第5章『小惑星開拓宇宙船は 19世紀のテクノロジー』(2/2)

初出:2008年05月04日 元々のブログ・コンテンツへのリンク
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第5章『小惑星開拓宇宙船は 19世紀のテクノロジー』(2/2)
(前回からの続き)
さて、話を小惑星開拓宇宙船に戻すが、少なくとも推進システムに関しては、問題点は、ハイテクのエンジンを作ることでは無いことが判ったと思う。問題は、どうやって、小惑星で、ブリキや真鍮の板、銅パイプなどの材料と金鋏や半田ゴテと言った道具を手に入れるかである。これら、ホームセンターで簡単に手に入るような一般的な材料や道具を小惑星の資源から作るかが最大の問題になる。

同じことは、小惑星開拓宇宙船の船体自体にも言える。多くの人は、宇宙船は、飛行機やロケット・人工衛星などのハイテクの素材より、さらにハイテクな材料で作らなければならないと思っているだろう。実際、スペースシャトルなどは、ハイテク構造材料で作った船殻を更にハイテクな断熱材で覆っている。

一般的に構造材料の進歩は、より軽く、より強くと言う方向に向かった。金属材料に限定しても、青銅から鉄、アルミ、マグネシウム、チタンと言う流れは、そのまま、軽く強くの方向性を示す。石材、木材、樹脂、複合材などの非金属の材料も同様だ。
ハイテク構造材料は、特に軽く強くに特化したものだ。これはスペースシャトルなど、地上から打上げられる宇宙船は、打上げ重量に制約があり、その上、急加速・急減速と言った荷重に耐えなければならないためである。

だが、小惑星開拓用宇宙船は、ほとんど重力の無い宇宙でだけ使われる。つまり、打上げによる重量制約も無ければ、急加速・減速の荷重も無い。構造材料が受ける最大の荷重は、内部の気圧に耐えることだろう。
内部に人が乗る以上、内部は大気圧にする必要がある。この内部圧で、破裂しない強度を保つのが、船殻の最大の荷重条件にある。とは言え、スペースシャトルのように打上げ時の重量制約は無いから、強度の低い材料でも、分厚く覆って重量が増えても問題ない。

小惑星開拓用宇宙船が、ローテクの構造材料、例えば、青銅や石材で分厚い船殻を作り、重くなるのは、不様だと思われるかもしれない。

分厚くて重い船殻は無様どころか、放射線を防ぐのに必要不可欠だ。小惑星軌道に限らず、地球から離れた宇宙には放射線が多い。地球の表面から1000キロ以内の高度なら、地球の磁気に守られ、比較的放射線が少ない。国際宇宙ステーションは、この範囲にいるので、比較的薄いハイテク船殻でも、放射線の問題が少なく、半年とか一年の長期滞在が可能だ。

だが、それより高度が高くなると、バンアレン帯が広がり、その外側は、太陽や銀河を起源とする放射線に満ちている。静止軌道だろうが、月だろうが、火星だろうが、小惑星だろうが、放射線に満ちていることには変わりは無い。

この領域の放射線を防ぐには有効な手段は質量しか無い。船殻1平方メートルあたり10トンの質量があれば、地上と同じレベルまで放射線が減ると言われる。

仮に、小惑星開拓用宇宙船を軽いハイテク構造体で作っても、その船殻の外に分厚く重い放射線防御材で包まなければならない。そんな無駄な事をするくらいなら、最初からローテクの構造材料で分厚い船殻を作った方が速い。もちろん、大気圏再突入はあり得ないから、ハイテクな断熱材の必要も無い。

このように、推進システムも船殻もローテク素材で作れることが判った。それも鉄器どころか青銅や石材でも造れるかもしれないとすると、19世紀どころか紀元前の技術レベルだ。

とは言え、燃焼エネルギーが使えず、有効な熱源が太陽光だけとすると、青銅や鉄・銅を、どうやって作り出すかの問題は残る。

ところで、小惑星軌道の温度環境を考えると、船殻の構造材料で「氷」が有望だと思えて来た。太陽光を凹面鏡で集めて、小惑星の凍った水分を融かし、濾過した後、再び凍らすことで船殻を造る。
強度上の不安があれば、ガラス繊維で強化する。ガラス繊維は岩の酸化珪素を融かし、糸状に伸す事で作れる。このガラス繊維で、船殻の形状を編み物のように作る。その後、ガラス繊維の隙間に水を流し込み、凍結させれば良い。つまりFRP=ガラス繊維強化プラスチックならぬガラス繊維強化氷だ。
こうすれば、内部の大気圧にも十分耐えられるだろう。

でも、氷で船殻を作った場合、中は寒そうだ。断熱材は、外側ではなく、中側に必要だね。

小惑星開拓用宇宙船で、他に重要なのは生命維持と電子機器だ。
生命維持に関しては、小惑星には、人類の生存に必要な元素はあると思う(もっとも誰も確認して居ないから調査が必要だ)。
だが、元素があっても、使える状態にあるかどうかは別問題だ。結局、植物を育て、酸素などの呼吸可能な空気と食べ物を得る必要がある。太陽光は少ないとは言え、太陽から届くので、これを使うしかない。
人間が食べ呼吸した後排出された物質を植物を使い、再利用するサイクルを作れれば良いのだが、如何にも大変だ。小惑星上で宇宙船建造と並行して、航海の間に必要な空気と食料をまとめて作る方が良いかもしれない。

もう一つの電子機器は大問題で、こればかりは19世紀以前の技術レベルで作ることは困難だ。LSI等の半導体は小さく軽いものなので、地球で大量生産し、無人機で送った方が良いかもしれない。
もしくは、真空管だ。宇宙空間だから、回りは真空だ。剥き出しのプレート、グリッド、カソード、ヒーターがあれば、真空管になる。ヒーターは電気を使うことは無い。裏側から太陽光を集めて熱すれば良い。
いくら、真空管が作り易くても、真空管でコンピューターを作ると ENIAC 並に大規模になってしまう。やはり、真空管は繋ぎで、本命は半導体だろうか? 最初のうちは地球から送り、いずれは小惑星の一つに大規模なシリコンウエファ・半導体工場を作って、小惑星帯全体に配った方が良いかも。

小惑星開拓用宇宙船の電源だが、小惑星帯に半導体工場ができるまでは、太陽電池ではなく、スターリングエンジンを使った方が、作り易いだろう。

とまあ、小惑星開拓用宇宙船の設計は、ここまでだ。
「えぇっ、これだけ?」とか「面倒臭いから手を抜いたな」とか言われそうだ。
だが、事実は逆である。
私は、こう言った未来的な機械のコンセプト設計が大好きで、生業にもなっているくらいだ。この小惑星開拓用宇宙船の設計も、やり始めたら止らないほど楽しい。詳細を考え出したら、時間を忘れる事もある。

しかし、前回も述べたが、ここで無闇に詳細検討し、時間を潰すことは、むしろマイナスだと判断した。
だから、今回は、最低限のイメージを伝えるアウトラインだけで止めた。このアウトラインだけでも、夢を膨らませる事もできるだろう。

さて、「自己増殖型宇宙船」と大見え切ったが、蓋を開けて見れば、「手先の器用な人が乗って居れば、何とか手作りできるくらいの低い技術レベルの宇宙船」だと言うだけだ。
じゃあ、どの位、手先の器用な人が必要かと言うと、ジャニーズのTOKIOのメンバー位の人かなあって思って居る。
鉄腕DASH観てると、鉄瓶でもガラスでも磁器でも何でも原材料から手作りしてるよねえ。

実際、DASH村を観ながら思い付いたんだよねえ、この小惑星開拓用宇宙船のアイデア。
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