
宇宙エレベータの揺れ、コリオリの力も原因 40
ストーリー by hylom
capra 曰く、
先日日本でも「 第1回日本宇宙エレベーター会議が開催されるなど、宇宙エレベータが微妙に盛り上がりつつあるが、宇宙エレベータの課題は建設材料の強度だけでなく、月や太陽の重力、また太陽風によって発生する揺れの問題が大きいとも言われている。この揺れは更にエレベータの運搬機の上昇によって増大する恐れがあるとのこと(New Scientist、/.本家記事より)
上昇による揺れを起こす原因はコリオリの力。宇宙エレベータは、地球のある地点から垂直に設置されるが、運搬機が上昇するとコリオリの力によって運搬機を地球の回転と反対方向に引っ張る力が発生し、運搬機は振子のように揺れてしまうとのこと。
コリオリの力によって発生する振子運動はさほど大きくない可能性もあるが、テザーが揺れることによって運搬機から「降りる」宇宙船の速度が速くなったり、もしくは遅くなったりする恐れがある。このようなスピードの変化によって宇宙船の軌道が数十km外れる恐れもあり、軌道修正のために余分な燃料を要する恐れも発生する。運搬機のスピードが速いほうが働く力が大きくなるため、影響を小さくするには単純に上昇スピードを抑えればいいが、到着までかかる時間が非常に長くなってしまう。
2基の運搬機が対となったエレベータなどは揺れを抑えられる可能性もあるとのことで、運搬機の数や動き方など、エレベータの構造が問題解決の一つの鍵となるだろうと考えられている。
コリオリの力 (スコア:4, おもしろおかしい)
「コロニー内で発生するコリオリの力って何ですか?」
編集部の答え:
「わかりません。コリョーリの美味い店なら知っています。」
…私が雑誌『アニメック』の講読をやめたのは、これがきっかけでした(実話)。
# 初期の『アニメック』では、科学的な解説がされていたのに…。
Re: (スコア:0)
アニメージュはなんだっけ?
Re: (スコア:0)
OUT:アウシタン
ファンロード:ローディスト
アニメディア:メディア(ン)
アニメック:メックニアン(私の友人近辺では)
アニメV:不明
……福島のとある地方出身者より
形状を工夫すれば、 (スコア:1)
炎
炎
炎
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-------- tear straight across --------
Re: (スコア:0)
紐で引っ張りあげたり降ろしたりする方式なので、そもそもの話
上に上げるのに必要なエネルギーは下におりるときに、結構な効率で回収できると思う。
だから勝手に上るとか下るとかべつにどうでもいいんじゃないかな。この場合。
Re: (スコア:0)
Re:形状を工夫すれば、 (スコア:1, すばらしい洞察)
#AC
Re: (スコア:0)
渡……哲也さん?
マニアックな!!
Re: (スコア:0)
垂直?(オフトピ) (スコア:1)
鉛直。
あたりまえ過ぎて(ry (スコア:1)
Re:あたりまえ過ぎて(ry (スコア:1, 参考になる)
コリオリの力は速度に比例するので加速することすら必要条件ではありません(地球上で動くものには何でも働く)
鉛直方向に動くときに働くコリオリの力を排除したければ極点で上下運動を行うと都合がいいです。
ただ、極点の上空に静止軌道がない、という欠点がありますが。
#コリオリくらい考慮してるのが当然だと思っていたのですが、なんというセキュリティホール
Re:あたりまえ過ぎて(ry (スコア:2, 興味深い)
というか、タレこみ段階では単に確認のためにコリオリの力に触れただけで、タイトルにわざわざ書く、というつもりではなかったのではないでしょうか?
Re:あたりまえ過ぎて(ry (スコア:1)
# もっと言えば「コリオリの力」っつー概念自体が天動説みたいなもん。そんなもんは捨てちまえ。と常々思ってる。
教えて特殊相対性理論のエロい人 (スコア:2, 興味深い)
相対性つながりで気になっていたことなんですが, 軌道エレベータをカーボンナノチューブみたいな導電性の素材で作った場合, 地磁気を横切って自転することにより発電しちゃったりすることはないのでしょうか?
回転座標系でも移動しているテザー衛星 [kyushu-u.ac.jp]なんかなら発電するであろうことはすぐに分かるのですが, 回転座標系では止まって見える地磁気と軌道エレベータとの間ではどうなるんでしょう? 特殊相対性理論というかMaxwell方程式は慣性系で成り立っているので, 同様に発電しそうな気もするんですよね.
もしも発電するのであれば, 秒速1km以上とかで磁力線を横切る上に全長が36,000km以上にもなるため, 先端部と基部との間でかなりの電位差になりそう. 先端部とか熱圏なんかではコロナ放電しっぱなしとか.
Re:あたりまえ過ぎて(ry (スコア:1)
ただ、誤解を招かないためにちょっとだけ解説しておきますね。
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1. 慣性系から見たとき、静止軌道上の物体と赤道上の物体は違う速度で運動している。
2. このときの速度の差は、鉛直線に対して直角方向。
3. この「水平方向の」運動量の差は、エレベータ軸が「水平方向」に受ける応力の反作用によって賄われる。
4. 引っ張り強度だけじゃダメよ。
Re: (スコア:0)
(“”のの文章表現は単に私の読解力の無さかもしれませんが)。
まず後段からいいますと。
># もっと言えば「コリオリの力」っつー概念自体が天動説みたいなもん。
まあそのとおりですね。見かけの力ですし。
座標系をどこにおくか、だけの問題です。
>そんなもんは捨てちまえ。と常々思ってる。
無理です。絶対座標系を基準として自分を客観視できるなら可能ですが。
もし、それができるのならニュートン以来の天才です>絶対座標系が定義できる“人”として。
>違う違う。加速ってのはそういう意味じゃない。
後半略しますが、座標系をかえるのなら軌道速度もなにもないですね。一歩動くだけで加速です。
>「荷物を軌道速度まで加速」の加速。
逆に「軌道速度まで加速」は言いすぎでしょう。
Re:あたりまえ過ぎて(ry (スコア:1)
任意の慣性系から観測するだけで「コリオリの力」なんてサクッと捨てられるんだがなー。 初期状態が「地面に対して静止」で、最終状態が「静止軌道上」なら、どう考えたってその間に3km/s程加速する必要があるだろう。
「コリオリの力が天動説みたいなもん」に同意できて他に同意できないのが不思議。
Re: (スコア:0)
まるで「引っ張り強度が十分な素材さえあればすぐにでも作れる」みたいなものまであったり。
ずいぶん前にここで話題になったときも「揺れなんてたいした問題じゃない」みたいな意見もあったしさ。
どこかが実験衛星でも飛ばして、1000メートル程度でいいからテザーの伸縮実験してくれればいいのになぁ。
Re: (スコア:0)
Re:あたりまえ過ぎて(ry (スコア:1, おもしろおかしい)
Re: (スコア:0)
軌道エレベーターは人工衛星。衛星になんて使えないよ。
Re:あたりまえ過ぎて(ry (スコア:1, すばらしい洞察)
もちろん。たとえばこういうの [mhi-bridge-eng.co.jp]ですよね。
そうですか?現在はともかく、将来的にはこういう技術 [tohoku.ac.jp]も、制振に使えますよね。説明不足だったかもしれないですが、別に今の技術だけ使うという話をしたつもりはありません。
Re:あたりまえ過ぎて(ry (スコア:2, 参考になる)
「揺れ」って表現をしてるので紛らわしいですが、コリオリの力は、
上りの時は、西向き(自転と逆方向)
下りの時は、東向き(自転が同じ方向)
に、一方的にかかり続けます。
ビルの制振装置なんかはカウンタウェイトを動かすことで本体の揺れを抑えるわけですが、言い変えれば、
外からかかる力に対して、カウンタウェイトを同じ方向により大きく動かすことで、
「カウンタウェイトを含めた全体の重心は外力にあわせて運動している」が、
「カウンタウェイトを除いた本体部分は動いていない」
といった状況を実現するものです、
「振動」に対しては、動かす方向が交互に変わりますから、カウンタウェイトを外力に応じて動かし続けることが出来ますが、
同じ方向に力がかかり続ける状況では、カウンターウェイトを同じ方向にずっと動かし続けなければなりません。
そんなことは物理的に実現不可能です。
(遠く離れたカウンタウェイトを捨てればいけますが、それって要するに「ロケットを噴射して軌道修正する」って方法ですね)
そんなことするよりは、テザーを上り線と下り線の2本に分けて、それぞれを鉛直線上ではなくコリオリの力にそった曲線 [wikipedia.org]上に這わす方がよっぽど現実的だと思います。
Re:あたりまえ過ぎて(ry (スコア:1, 参考になる)
別に2本に分けなくても、空荷だろうがなんだろうがエレベータを昇降セットで動かし続ければいいんじゃないでしょうか。で、重量バランスや高度によるコリオリ力の差などはエレベータの運行速度や間隔を調整して吸収すると。
# これだと長いスパンで出て行くほうが超過とか入ってくるほうが超過とかの問題には、また別の対処が必要になりそうですが
元々、個別の技術の話をするつもりはなくて (スコア:0)
#1474088 [srad.jp] で云いたかったのは「能動的に振動を制御する技術の総体」であって、個別の技術の適不適ではなかったんです。#1474185 [srad.jp] も #1474259 [srad.jp] にしてもそうで、…どうもうまく書けませんが。
現在のビルに対しても複数の制振・免震技術が使われたりしますよね。当然、軌道エレベータにだって複数の技術を投入してもかまわないわけで、振動だって #1474259 [srad.jp] で書いた極超低周期振動から現在の制振技術がそのまま使えるような周期の短い振動まで起こるでしょうから、それぞれに適した制振技術を組み合わせて使うのは当たり前でしょう、とい
赤道上の国投資しよう (スコア:1)
あまりちゃんとした議論ではないように思う。
ところで、静止衛星もそうだけど、赤道ビジネスのネタが増えたな。
Re:赤道上の国投資しよう (スコア:4, 参考になる)
回転半径が違うので、その間を移動するとコリオリの力が働きます。
Re: (スコア:0)
赤道となっていた部分は南極大陸とか北極とかが正しいんですよね。
# どちらにしても、争いの大きそうな地域だ
良かった、まだ物理の知識が残っていた、、、
Re: (スコア:0)
今度は起動エレベータが作れない。w
#オービタルリングにぶら下げるタイプなら可。
Re:赤道上の国投資しよう (スコア:1)
軌道エレベータでコリオリの力の問題が発生するというのは、裏を返せばまさに「ペイロードに軌道速度を(エレベータを介して地球の自転から)与えている」ということでもあります。
極点上でペイロードを持ち上げた場合、確かにコリオリの力による影響はないですけど、軌道速度は全く与えられず、エレベータからペイロードを切り離した瞬間に地球に落ちてしまうのでは。
ということで、オービタルリングのメリットが「空気抵抗のない高度までペイロードを持ち上げられる」という点だけで、軌道速度は別の手段で与えるなら、(建造の手間を考えると)いまいちおいしくない気がします。
他にもなにかメリットあるのでしたっけ?
Re: (スコア:0)
せっかく ORS(Orbital Ring Systems) があるんだから、今度は ORS の上でリニアモーターかなんかで加速してやればいいのでは。二度手間であるのは、まぁそのとおりなんですが。
Re:赤道上の国投資しよう (スコア:1, 参考になる)
それは地球の表面上を移動する場合の話。
鉛直方向に動く軌道エレベータの場合は、ばっちり影響します。
Re:赤道上の国投資しよう (スコア:1)
Re: (スコア:0)
その設備の建設のためにも軌道エレベーターが欲しいところだ。
#そして中東の石油依存からの脱却を、、、とか書くとどこかで聞いたような話に
発想の転換 (スコア:1)
もちろん、固定したヒモは、ガイドあるいは衛星側クレーンへの送電線として別にあるわけだけど。
下ろす時のコントロールが面倒そうだが,どっちにしろ細かいコントロールしながらの運転は必要だろう。
the.ACount
コオロギに見えた (スコア:0)
Re: (スコア:0)
#あいつの生命力ならありうるかもしれん
Re: (スコア:0)
こんなことを忘れてるから (スコア:0)