技術的課題

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技術的課題

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/06/09 17:03 UTC 版)

「敵基地攻撃能力」の記事における「技術的課題」の解説

現代では、弾道ミサイルは地上に固定した基地からとは限らず、潜水艦や移動式発射台から発射されるものもあり、完全にすべてを防ぐことは技術的に困難になっている。たとえば北朝鮮は、移動式発射台をおよそ200台保有していると見られ、より発射の簡単な固体型燃料への転換も急いでいる。 このような現状をふまえ韓国は敵基地攻撃能力の保有を断念した。

技術的課題

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/03/08 09:29 UTC 版)

「スペースコロニー」の記事における「技術的課題」の解説

スペースコロニーで健康な人間集団を維持するためには、以下のような多くの課題を解決しなければならない。

技術的課題

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/12/11 05:17 UTC 版)

「軌道エレベータ」の記事における「技術的課題」の解説

軌道エレベータを実際に建設するためには、乗り越えなければならない技術的課題がある。 ケーブル材料 材料の強度の点では、従来の最強クラスの素材だったピアノ線やケブラー繊維を用いても静止衛星軌道から垂らすには強度がまったく足りなかった。しかし、カーボンナノチューブの発見により、少なくとも理論上は可能性が見えてきたと言える。 ケーブルの自重を支えるために必要な比強度（強度/密度）は約50,000kN·m/kgであり、最低破断長（比強度/重力）ならば約5,000kmである。一般的なCNTの密度1,300kg/m3の場合、必要な強度は65GPa以上である。昇降機を含めた軌道エレベータ全体の重量を支えるためには2倍の比強度が必要となる事が予想される。 2000年代以降、日本の研究では高純度・軽量なカーボンナノチューブの開発が進められ、産業技術総合研究所では単層カーボンナノチューブ（SWNT）の紡糸、薄膜化（バッキーペーパー）、固体の自由な成形 が研究開発されている。特にスーパーグロースCVD法によって製作されたSWNTによる薄膜は純度99.98%、重量密度37kg/m3 という非常に高品質なカーボンナノチューブの生成に成功している。なお、触媒操作によりSWNTシートだけでなく比強度の高いDWNT（二層カーボンナノチューブ）シートやMWNT（多層カーボンナノチューブ）シートも製作できる。 重量密度37kg/m3と考えた場合、紙程度の厚さ0.1mm、幅1m、長さ1km の重量は3.7kg となり、長さ10万km では370トンに達する。大林組の検討によれば、ペイロード70トンを積んだ総重量100トンのクライマーが昇れるケーブルを作るためには、長さ10万km、重さが7000トンのカーボンナノチューブのケーブルを作ることになる。その厚さは1.38mm、幅は最大の部分でも4.8cmという非常に薄いリボンのようなものになる。 ただし、上記の計算で用いた重量密度は、多量の空隙を含んだ状態のものである。しかし、本来の強度計算には、SWNTを束ねたもっと密度の高い糸を用いた場合の重量密度を用いるべきである。そのため、同じ強度を出すためには、上記の重量密度の値よりも遙かに重くなってしまう。 ケーブル材料としての物質は従来ではカーボンナノチューブのみと考えられてきたが、新たに発見された物質でも可能性が見えてきている。例えばコロッサルカーボンチューブと呼ばれる物質は、強度7GPa、密度116kg/m3で、破断長は6,000kmに達し、軌道エレベータの最低破断長の条件を満たすと考えられる。 カーボンナノチューブを使って建造物を建てるための、構造計算や維持運用についてはまったくの白紙である。高い理想強度を持つカーボンナノチューブであるが、共有結合性の物質であり欠陥感受性が高く、切断しないためには数万kmの長さに渡って欠陥が存在できないことが最弱リンクモデルによって示される。たとえ無欠陥の材料が製造できたとしても、外気圏や宇宙空間などの極環境下では、太陽風に含まれる高エネルギー粒子の照射損傷による強度の劣化は避けがたい。軌道エレベーターという魅力的なアイデアの検討を具体的に進めるためには、これらの材料工学的に示される実現不可能性を回避する手法の提示が必要である。 昇降機 軌道エレベータのケーブルにラック式鉄道の様なラック（歯）を設ける事はほぼ不可能であり、昇降機はケーブルとの摩擦のみで地球の重力に逆らって昇降を行う必要がある。駆動系に十分なトルクを得るには減速ギアなどで機構が複雑になり、重量や故障率を増加させてしまうため、いかにシンプルで軽量な機構で十分な昇降能力を実現するかが課題となる。 ケーブル材料に比べれば遙かに現実的な課題であり他分野での技術応用も見込めるため、日本の大学や研究機関も含めて複数の研究者が開発を行っており、気球から吊したテープに小型モデルを昇らせる技術競技会も行われている。 昇降用エネルギー 昇降用としてのエネルギーは前述のように電気エネルギーによる3つの供給方法が考えられている。マイクロ波もしくは遠赤外レーザーの形で昇降機に送電する方法、太陽電池による発電、搭載型燃料による発電である。 昇降機の規模により用いられる供給方法は変わると思われるがバックアップの意味も含めて複合的な供給が望ましい。レーザーによる供給については高高度での減衰と十分なエネルギーが得られるか疑問点が残る。太陽電池の場合、非常に大きなパネルが必要とされる。搭載型燃料については、例えば燃料電池が挙げられる。燃料電池は自動車などに使われるものから火力発電に使われるようなものまで様々な種類がある。 電気エネルギーに限らなければ、内燃型のエンジンなども選択肢に入ると推測される。 なお原子力電源については宇宙法の問題により十分に高度な軌道でのみの使用に制限されるため現実的でない。そのため現行技術で昇降機に用いられるエネルギーは火力発電レベルまでである。もっとも、軌道エレベーターに使えるほどの破断長を持つ繊維製のフライホイールは化学反応を超えるエネルギー密度のため技術の開発順序上はより難易度の低いフライホイール・バッテリーのエネルギー密度の高さで搭載燃料の問題は解決されるとみられる。また、ケーブルを使った直接供給では超長距離送電を考慮に入れると損失は1,000km当たり約3%が現在技術の限界である。地上と静止衛星軌道との中間地点である18,000kmでは、単純計算で42%を損失してしまい58%しか使えなくなる。