19世紀のテクノロジー』(1/2)いよいよ、お待ちかねの宇宙船の設計だ。人が乗るのだから「有人宇宙船」、その上「自己増殖」できるのだから、一体全体どうなっているのだろう・・・って、皆さん期待していらっしゃるかと思う。悪いが、期待は裏切らせてもらう。小惑星の開拓に使う宇宙船は、見るも無残な「ローテク宇宙船」なのである。「自己増殖」と聞くと、SFならナノマシンとかの怪しげな名前のオーバーテクノロジーで「実現」するのが常套手段だ。難しい技術を、より難しい技術で「実現」するのは、「実現」じゃなくて「誤魔化し」に過ぎない。本当に実現させたいなら「難しい技術」を「簡単な技術の組合せ」にしないといけない。有人で搭乗員が乗って居るのだから、無人で完全自動の自己増殖を考える必要は無い。搭乗員に新たな宇宙船を作ってもらえば良いのだ。そんなもの簡単に作れるのか!?」って思われるだろう。イメージがそう思わせて居るのではないか?『惑星間宇宙船』と言うと、映画『2001年宇宙の旅』のディスカバリー号が有名だ。その他にも『惑星間』ではないが、宇宙船のイメージはスターウォーズの巨大宇宙戦艦だったり、スタートレックのエンタープライズだったり、、宇宙戦艦ヤマトだったり、とにかく、巨大でハイテクで真っ白で恐ろしく清潔だってイメージがある。ロケットエンジンだとかイオンエンジンとか、最低でも2液式のヒドラジン系推進系を使わなきゃならない。かのディスカバリー号に至っては、推進のエネルギー源は原子力だ。今あげた推進系なりエネルギー源なりは、どれ一つ取っても、搭乗員が簡単に作れるような品物ではない。考えても『惑星間宇宙船』を搭乗員がゼロから作るって事は在り得ない。19世紀のテクノロジー』で作ると言ったら、どうだろう。少なくとも推進システムは『19世紀のテクノロジー』だと言ったら。「本当に『19世紀のテクノロジー』で、惑星間航行用の宇宙船なんか作れるの???」と言われそうだ。実は、前回のコンテンツで、軌道シミュレーションの話題を振ったのは、「小惑星帯に人類が広がるための小惑星開拓宇宙船に最低限必要な機能・性能を計算する」ためだったのだ。4年とすると、480年で小惑星帯全体に人類は広がる」と計算できた。これは最悪の最大値で、これらの数値は、詳細なシミュレーション検討を行うと下方修正される可能性が高い。・航行期間が最大4年である。程度の小惑星から離陸」が、宇宙船の推進システムが必要な性能を決める。当然の事ながら、この二つの数値が大きい程、推進システムは高性能を要求される。先の「200m/s」と「1/100G」が大きいのか、小さいのかで言うと、宇宙の常識から言えば、とっても小さい値なのである。ロケットエンジンだとかイオンエンジンだとか原子力エネルギーと言った「噴射ガス速度の速い∝比推力の大きい」ハイテク推進が必要になる。離床するときの推進力も、地球からなら、当然の地球の重力に逆らって上昇するだけの力が必要だし、火星からなら地球重力の半分、月からなら6分の1の重力に逆らう推進力が必要だ。小惑星開拓に必要な推進システムは、地球から出発する場合に比べて、1桁から2桁小さいΔVに見合った「噴射ガス速度∝比推力」と、同じく1桁から2桁小さい重力に見合った「推力」しか必要ないのである。これほど、小さい「噴射ガス速度∝比推力」と「推力」への要求だと、推進システムの性能を思い切り下げることができる。ここで思い付いたのが、19世紀のテクノロジー「蒸気機関」である。小惑星にある水分をボイラーで熱し、沸騰してできた蒸気の圧力を、噴射して推力を得る。これが、小惑星開拓ロケットの推進システム「蒸気ロケット」だ。エネルギー源は太陽光だ。大きな凹面鏡で太陽光を集める。蒸気ロケットのアイデアは、古く、19世紀からある。宇宙での応用もSF小説ラリー・ニーヴン著「インテグラル・ツリー」に出てくるし、その他にも色々な作品で使われて居る。違うのは、真空中で使うことと熱源に太陽光を使うことくらいだ。空気中と違い、圧力を高くしても性能は余り向上せず、むしろ温度を高くした方が性能向上に寄与する傾向にある。無理に性能向上を目指すより、1気圧で摂氏200度で十分だろう。最初の段階で、宇宙船の総質量が100トンなら、20トンの推薬つまり水が必要だということだ。20パーセントと言うとかなり多いような気もするが、そうでもない。一般的な打上げロケットは、初期質量の90パーセント以上が推薬である。「1気圧で摂氏200度」と言うのは、難しい技術レベルだろうか?蒸気機関車を作った事のある人なら判ると思うが(蒸気機関車を作った人が、そうそう居るわけないと思われるかもしれないが、少なくとも私には知り合いが居る。気圧程度だ)、1気圧というのは大した事ない。200度と言えば、テンプラ油の温度より、ちょいと高い程度だ。200気圧、3000度と比べたら、笑っちゃうほど簡単だ。1気圧に耐えられるボイラーを作るのは簡単だ。これに銅パイプとバルブを介して真鍮などで作ったノズルを付ければ、推進系の完成である。簡単に作れるように書いたが、くれぐれも本当に作らないこと。理由は二つあって、一つは耐圧検査の方法を知らなかったり安全弁を付けないと危険だし、もう一つは大気圧下では蒸気ロケットはロクな性能が得られないからだ。大気圧と蒸気圧の差圧を1気圧として、蒸気圧を2気圧とすれば同じと思われるだろうが、そうではない。ロケットの性能は、内圧と外圧の差ではなく、比を使っている部分が大きい。20気圧が必要となり、これは大変危険な数値となる。(この章、長くなってので、以下、次回に続く)注意ブログのコンテンツの内、「告知」など時期よって情報価値が無くなるのは除いてある。コンテンツに付いたコメントは書き込み者に著作権があるものと判断し、ここに持ってきていないので、コメントを見るときは、元々のブログコンテンツを参照してもらいたい。その他、ブログ発表後、コメントなどの内容を反映するなど、内容を変更しているものもあるので、注意してほしい。