宇宙エレベーターの実現を夢見て-［葛野 諒］
私が「宇宙エレベーター」という技術を初めて知ったのは中学生のときだ。それまで「宇宙少年」というほどでもなかった自分だが、書店の棚に並べられていた「宇宙エレベーターの本」が無性に気になった。家に帰り。買ったその本を開くと、夢中になった。
その後、宇宙エレベーターに関する本を片っ端から読み漁った。
それまで、宇宙は一部の選ばれた人しか行けないものだと思っていた。旅行のような感覚で宇宙へ行ける世界観に魅了された。もし宇宙エレベーターが本当に実現したら。想像するとワクワクが止まらなかった。そして私はこの宇宙エレベーターを実現させたいと思うようになった。
「宇宙エレベーター」とはなんぞや？
宇宙エレベーターとは、宇宙空間にピンと張られたロープ上をエレベーターが昇降することで人やモノを輸送する未来の宇宙輸送技術である。
宇宙エレベーターは１９世紀に宇宙工学の父と呼ばれるロシアの工学者「コンスタンティン・ツィオルコフスキー」により考案された。この技術コンセプトは、高度３万６千キロ上空の静止軌道から約10万キロに及ぶロープを展開することで成立する。
（詳細な説明は過去に書いたnoteに譲ります。）
宇宙エレベーターってなに？
https://note.com/nokuzu/n/n1a7fbe7faddf
宇宙エレベーターはそれまでSFの作品で取り上げられることが多かったが、高比強度材料カーボンナノチューブの発見を機に、その実現可能性が本格的に研究されるようになった。2000年にはNASA支援のもとB.C. エドワーズが研究を行い、「理論的に実現可能」と結論づけた報告書[1]を発表した。これにより次世代の宇宙交通・輸送手段として注目されるようになった。
宇宙エレベーターには輸送コストの低減や、ペイロードへの要求緩和、さらにはその構造を活かした惑星探査機の放出など、宇宙開発を大きく飛躍させる可能性を秘めている。
一方、ロープ材料の強度向上から、宇宙ゴミ対策など、依然解決すべき課題は多い。それらを解決し、実現に近づけるべく世界中で研究が進められている。
[1] Edwards, B., "The Space Elevator NIAC Phase II Final Report", 2002
宇宙エレベーターの研究
宇宙エレベーターと現在の主たる宇宙機である人工衛星で大きく異なる点として、長大・柔軟であることが挙げられる。
宇宙エレベーターはその長大さにより、あらゆる箇所で様々な力の影響を受ける。
また、宇宙エレベーターの主要構造物であるケーブルは、鉄骨やアルミフレームと比べるととても柔軟である。
さらに、宇宙には空気がないため、一度振動が始まってしまったら中々収まらない。
以上より、宇宙エレベーターの運用により構造物がどのような挙動を取るか正確に把握することは主要の技術的課題の一つとして挙げられている。
これらの事柄は宇宙エレベーターだけでなく、宇宙太陽光発電、インフレータブル宇宙構造物といった、次世代の宇宙機にも当てはまる。
私の研究はそのような柔軟な宇宙構造物がどのような挙動を取るか、正確に知ることである。
また、これまでの宇宙エレベーターは赤道上にロープがつながる構想が多かったが、日本のような有緯度地域にロープがつながる「非赤道上宇宙エレベーター」の検討も行っている（非赤道上宇宙エレベーターは宇宙機が密集する静止軌道を避けられるため、宇宙機の衝突リスクを下げられる）[2]。
左：非赤道上宇宙エレベーター（緯度20度）、右：赤道上宇宙エレベーター
エレベーターが移動することによりケーブルが左右に振れる
[2] Kuzuno, R., et al., IEEE Access, Vol. 10, 2022.
輸送機「エレベーター」の開発
これまで書いたように宇宙エレベーターの実現には、まだ乗り越えなければならない技術課題がいくつかある。人やペイロードを輸送する役割を持つ「クライマー」技術の向上もその一つである。
滑車を介してロープ自体が動く地上のエレベーターと違い、宇宙エレベーターは輸送機自身が動力を持ってロープ上を昇降することが考えられている。この輸送機技術を向上させるべく、日本を中心に開発が盛んに行われている。
私自身も大学3年のとき、宇宙エレベーターの輸送部にあたるロープ上を昇降する機械の開発を始めた。ものづくりをしたことがなかった私にとってはこのような開発は簡単ではなく、失敗の連続であった（それでも事故や怪我無く進められたことは誇りに思っている）。
そして今年宇宙エレベーターの技術競技会にて、開発したクライマーが受賞した。長年の苦労がようやく一つ形になったようで嬉しかった。
https://youtu.be/sEBnULmr-4M
（開発クライマー昇降動画1）
https://youtube.com/shorts/weGxohUT5tM?feature=share
（開発クライマー昇降動画２）
Home | SELECT 宇宙エレベーターチャレンジトーホク (tohokuspaceelevato.wixsite.com)
宇宙エレベーターの実現に向けた展望
ここまで宇宙エレベーターの話をしてきたが、肝心の「いつ頃実現するのか？」という質問はとても難しい。
宇宙エレベーター構想を提唱した大林組は2030年着工、2050年実現を目指しているとあるが、乗り越えなければならない技術課題が多く存在することを考えると、個人的には、まだまだかかるように思える。
それらを踏まえた上で今できること、今後すべきことは、宇宙エレベーター建設の上で弊害となる問題を一つずつ解決することと、宇宙エレベーター要素技術の研究開発の継続、宇宙実証であると考える。
例えば、宇宙ゴミ問題は宇宙エレベーターだけでなく、現代の宇宙開発・宇宙利用においても共通の課題である。この問題を解決する方法の一つに、テザー衛星による宇宙ゴミ除去が挙げられる。この技術を今後発展させていくことで、宇宙ゴミ問題にアプローチできるだけでなく、宇宙エレベーターの要素技術であるロープの展開・制御の実証・技術蓄積も期待できる。
本ミッションでは宇宙空間にて約32 kmのロープ展開に成功 ©ESA
また、宇宙エレベーターのクライマーの要素技術である、ロープ上を自走する輸送技術は、一般社会で応用できる余地が大きいと考えている。現在はクライマーの建設現場における資材輸送への応用を検討している。
詳細：
ロープ自走式輸送機で、建設業界の課題を解決するプロジェクト【LIFT】～プロジェクト紹介から実証試験まで～https://note.com/stay_homei/n/nc10862faf023
11月末日までクラウドファンディングを行い、宇宙メルマガTHE VOYAGEでもこれまで度々告知に取り上げていただきました。
おかげ様で目標金額を達成し、本実験を無事実現することができました。
ありがとうございました！
一つずつではあるが、宇宙エレベーターの実現に向けて要素技術の研究開発や産業応用の試みを続けていきたい。
最後まで読んでいただきありがとうございました！本記事を読んで宇宙エレベーターに少しでも興味を持っていただけたら幸いです。
葛野 諒（くずの りょう）
東北大学大学院 工学研究科 航空宇宙工学専攻 博士前期課程2年
【専門・研究・興味】宇宙エレベーター/宇宙テザーなど宇宙空間における柔軟構造物の研究
Space Seedlingsの活動を通して、皆さまの「宇宙」が広がるお手伝いができれば幸いです。
【活動】
SELECT（宇宙エレベータークライマー製作）
LIFT（クライマー技術の建設現場への応用）
Tohoku Space Community
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