軌道エレベータ
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。
日本では、2009年から宇宙エレベーター協会主催の宇宙エレベーター技術競技会が開かれている。ルールは毎年改定され、2010年第2回大会では上空の気球から幅5 cm のベルト状のテザーを垂らし、高度300 m まで上昇・下降するというものである。
宇宙エレベーター協会などは2018年8月14~15日、上空100mの気球から吊り下げたケーブルを昇降機で登らせたロボットを、高度90mからパラシュートを使って地上に軟着陸させる実験を、福島ロボットテストフィールド実証用地(福島県南相馬市)で行った。
2012年2月には大林組が建設の視点から、宇宙エレベーターの可能性を探る構想を広報誌『季刊大林』に載せ、2050年の実現を目指すと報道された。
3つの国家群がそれぞれ所有する軌道エレベータ「タワー」「ラ・トゥール(アフリカタワー)」「天柱」の3基が登場。高軌道と低軌道の2つのオービタルリングによって連結され、低軌道オービタルリングには2基の巨大自由電子レーザー掃射装置「メメントモリ」が建造された。人員物資の輸送の他、太陽発電衛星で得られた電力を地上に送電する機能を持つ。劇中で「メメントモリ」による「ラ・トゥール」の低軌道ステーションを狙っての照射で、外壁が破壊・多数落下する人為的事故が起こる。
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/m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。
著:木城ゆきと
宇宙施設「イェール」とアース・ポート「ザレム」(2つ合わせてイェルサレム)を結ぶ軌道エレベーターが登場し、ザレムは人類が星間移民をするための実験都市となっている。
その際、全体の遠心力と重力が釣り合うように、反対側(外側)にもケーブルを伸ばしたり、十分な質量を持つアンカー(いかり)を末端に設ける。 ケーブルの全長を約10万kmとする場合、上端の移動速度はその高度での脱出速度を上回っているため、燃料なしでも地球周回軌道から脱して惑星間空間に飛び出すこともできる。
本エレベーターは固定された上を籠が上下に移動する仕組みを取るが、ケーブルに沿って下に行くほど重力が強まり遠心力が弱まる一方、上に行くほど重力が弱まり遠心力が強まる。荷物を上げ下げする際に回転半径の大きさが変わるためいわゆるコリオリの力が発生し直交方向に力が加わるが、構造物の重心には常に地球の一点への引力と遠心力が掛かるため位置を自然に維持すると考えられる。
ケーブルは一定の太さではなく、静止軌道から両端に向かって徐々に細くなっていくテーパー構造である。ただし、地上から数kmの部分は風や雷の影響を避けるため、10倍ほどに太くし、さらに上空数百kmまではケーブルの構成物質が酸素の原子と反応して劣化(酸化)するのを防ぐため、金属で薄くコーティングする必要がある。
地上側の発着拠点(アース・ポート)は、一般に言われるように赤道上にしか建設できないわけではないが、赤道上であればケーブルにかかる張力を小さくできるので最適である。
著:的場健、協力:金子隆一
宇宙開発の研究者である兄と建設会社に勤める弟が、軌道エレベータの実現に向け奮闘する。未完のまま連載終了。
地球を見限った人類は、生存の途を“宇宙”へと求めることに。軌道エレベータ・ヤコブでトラブルが起き、主人公たちはヤコブへと向かう。