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アイデアを刺激する 最新科学技術キーワード


宇宙エレベーター

人気アニメ「機動戦士ガンダム」シリーズでも話題になった宇宙エレベーター(作中では軌道エレベーター)。ロケットを使わず、地上からエレベーターに乗って宇宙と行き来できる夢の乗り物だ。長年、SF小説の題材にもなってきたが、カーボンナノチューブ(CNT)の出現で、実現へ向け、ほんのわずかながら光明が見えてきた。ただ解決するべき課題は多い。夢で終わるのか、それとも現実となるのか、技術の可能性を探った。

【静止衛星から昇降機】

赤道上空約3万6000キロメートルの静止軌道にある衛星から長いケーブルを地上に垂らし、これを使って昇降機を上下させ、地上と宇宙を往復する乗り物。それが宇宙エレベーターの大まかな姿だ。

宇宙エレベーター

ケーブルの総延長距離は10万キロメートル。そのため、自重や引っ張りに耐えられるケーブルであることが最大の課題となっている。

「高強度素材であるCNTの登場で宇宙エレベーターにスポットが当たった」—。宇宙エレベーターについて情報の収集・発信などを行う民間団体、宇宙エレベーター協会(東京都港区)会長の大野修一さんはこう話す。

CNTは名城大学教授の飯島澄男さんが91年に発見したノーベル賞級の新素材。大野さんがCNTに期待するのも、現在、鋼鉄の20倍以上の強度があり、宇宙エレベーターのケーブル(テザー)に使える可能性が出てきたからだ。しかも、高い導電性を持つため、エレベーター駆動用のエネルギーをケーブル経由で供給できる利点もある。

ただ、実用化までのハードルは極めて高い。「宇宙エレベーターは理論的には現在のCCNTの数十倍もの引っ張り強さが必要」と大野さんが言えば、飯島さんは「既存の技術や生産能力を考えると、空想と言っていいほど実現性は低い」と一蹴(いっしゅう)する。

CNTは単層、2層、多層といった多くの種類がある。宇宙エレベーターのケーブルにCNTを使うにはさらに軽くて丈夫にしなければならない。

【1kmの単一分子】

CNTを扱うベンチャー企業、名城ナノカーボン(名古屋市中区)社長の橋本剛さんによれば、「ケーブルに使うには、約1キロメートルの長さで継ぎ目のない単一分子であることが条件」という。だが、長さを伸ばし、高品質の単層CNTを開発するには現在の技術の延長ではほぼ不可能。

それでも、宇宙への夢は膨らむ。もし、宇宙エレベーターが開発されると、巨額費用を必要とするロケットへの依存度を低くできる。ロケットの1回の打ち上げ費用は国産の「H2A」の場合、100億円前後もかかり、2.5トンの荷物を打ち上げるのに250トンの燃料を使う。打ち上げに失敗すればかかった費用はすべて吹っ飛ぶ。

【費用1回2万ドル】

宇宙エレベーターの概要

宇宙エレベーターの概要(宇宙エレベーター協会提供)

こうした背景からも、宇宙エレベーターには期待がかかる。試算では1回行くための費用は2万ドル。時速200キロメートルのスピードなら7日間程度で宇宙に着く計算だ。宇宙へも海外旅行のような感覚で行ける。静止衛星の軌道は赤道上にあるため、台風などに巻き込まれる可能性も低い。

しかし、雷対策に加え、増え続けるロケットや衛星の残骸(ざんがい)物などである宇宙ゴミとの衝突の危険性がある。

米航空宇宙局(NASA)では宇宙エレベーター実現に向け、基礎研究も始まっている。05年からは毎年、テザーを自力で昇降する模型(クライマー)の速さを競う大会を開き、優秀作には賞金を出すことにしている。

日本では日本大学や神奈川大学などが、その大会参加に向け、試作機をつくり、実証への研究が続く。日大理工学部教授の青木義男さんらの研究室ではウレタンローラーを使い、毎秒1.2メートルのスピードで動く昇降機を試作した。  宇宙エレベーター協会がシステム技術の実現性について、これから四半世紀後の2035年ごろと予想する一方で、青木さんは「宇宙エレベーターは絶対実現できるともいえないし、絶対実現できないともいえない。今後も研究を続けることで新技術が生まれ、技術が広がる可能性もある」と期待を込める。

展望・この技術

実現には日本の技術が役立つ?

宇宙エレベーターのイメージ図

宇宙エレベーターのイメージ図(NASA)

宇宙エレベーター実現への最大の課題は、エレベーターを支えるケーブルの引っ張り強度を、どこまで向上できるかにかかっている。ケーブルは重力と遠心力の「綱引き」になるため、鋼鉄の180倍超の強さが必要。現在、その最有力候補は日本で生まれたカーボン・ナノチューブ(CNT)。しかし、現状技術の延長で、つなぎ目なしに1kmの長さで目標の強度を達成するのは至難の業。

とはいえ、既存のエレベーター技術で世界トップを走る日本。そこに使われるモーターや駆動装置などの機械装置も日本が世界最高水準である。宇宙エレベーターはCNTの強度向上ととともに、高度な機械技術を融合しなければ実現はほど遠い。同時に技術のブレークスルーがなければ夢で終わるかもしれない。


掲載日:2009年5月29日

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