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スカイフックは、低軌道にペイロードを配置するコストを削減することを目的とした、提案された運動量交換テザーです。重い軌道ステーションは、上層大気に向かって伸びるケーブルに接続されています。ステーションよりもはるかに軽いペイロードは、通過するケーブルの端にフックされ、ケーブルを質量中心の周りで回転させることによって軌道に投げ出されます。その後、ステーションは、電磁推進、ロケット推進、またはペイロードに伝達されたのと同じ運動エネルギーを持つ別の物体を軌道から外すことによって、元の高度まで再加速できます。
スカイフックは静止軌道の宇宙エレベーターと異なり、はるかに短く、地球の表面に接触しません。スカイフックでは下端に到達するために弾道ロケットが必要ですが、宇宙エレベーターでは必要ありません。
歴史
1966年のアイザックスを皮切りに、[1] [2] 1967年の アルツタノフ、[3] [4] 1975年のピアソン[5]とコロンボ、[6] 1978年のカラガン、[7] 1985年のブラギンスキー[8]と、さまざまな同期非回転軌道スカイフックのコンセプトとバージョンが提案されている。最も可能性の高いバージョンは、低地球軌道ではるかに短いテザーを使用するもので、軌道面内で回転し、その端が地球上層大気に接触し、回転運動が地上レベルの軌道運動を打ち消すというものである。これらの「回転」スカイフックのバージョンは、1976年にモラベック、[9] [10]および1994年にサーモントによって提案された。 [11] [12]
その結果、スペースシャトルをベースにしたテザーシステムが誕生しました。TSS-1Rミッションは1996年2月22日にSTS-75で打ち上げられ、基本的な宇宙テザーの挙動と宇宙プラズマ物理学の特性評価に重点が置かれました。[13]イタリアの衛星はスペースシャトルから19.7km（12.2マイル）の距離に展開されました。[13]
サーモントは1994年に、スカイフックは宇宙エレベーターを使って実現できると現実的に考えられているものとコスト的に競争できる可能性があると理論づけた。[11]
2000年と2001年に、ボーイング・ファントム・ワークスはNASA先端概念研究所の助成金を得て、様々なスカイフックの設計の技術的および商業的実現可能性について詳細な研究を行った。彼らはこのコンセプトの特定のバリエーションである「極超音速航空機スペース・テザー軌道発射システム」またはHASTOLを詳細に研究した。この設計では、マッハ10で飛行中に回転するフックを迎撃するために極超音速ラムジェットまたはスクラムジェット航空機が必要とされた。 [14]
スカイフックはまだ建造されていないが、宇宙テザーの概念全般のさまざまな側面を探る飛行実験が数多く行われてきた。 [15 ]
回転スカイフック
軌道運動と反対方向に軌道上の重心の周りでテザーを回転させることにより、地面に対するフックの速度を低下させることができます。これにより、テザーに必要な強度が低減され、結合が容易になります。
テザーの回転は、軌道速度（約 7～8 km/s）と正確に一致するようにすることができます。この構成では、フックは心臓形に似た経路を描きます。地上から見ると、フックはほぼ垂直に下降し、停止してから再び上昇するように見えます。この構成により空気抵抗が最小限に抑えられ、フックを大気圏深くまで降下させることができます。[1] [15]しかし、HASTOLの研究によると、地球軌道上のこの種のスカイフックには、ペイロードの質量の1000～2000倍の非常に大きなカウンターウェイトが必要になり、テザーの回転と軌道の同期を維持するために、ペイロードを回収した後はテザーを機械的に巻き取る必要があります。[14]
2000年に発表されたボーイングの極超音速航空機スペース テザー軌道打ち上げ( HASTOL ) 研究のフェーズ I では、高度 610～700 km の赤道軌道を周回し、先端速度 3.5 km/s で回転する 600 km の長さのテザーが提案されました。これにより、先端の対地速度は 3.6 km/s (マッハ 10) となり、ペイロード モジュールを搭載した極超音速航空機が高度 100 km でこの速度に達することになります。テザーは既存の市販材料で作られ、ほとんどが Spectra 2000 (超高分子量ポリエチレンの一種) ですが、外側の 20 km は耐熱性のZylon PBO で作られる予定です。公称ペイロード質量が 14 トンの場合、Spectra/Zylon テザーの重量は 1,300 トン、つまりペイロード質量の 90 倍になります。著者らは次のように述べています。
私たちが読者に伝えたい主なメッセージは、「HASTOLシステムの宇宙テザー施設を作るのに『バックミンスター・フラー・カーボンナノチューブ』のような魔法の材料は必要ありません。既存の材料で十分です。」です。[14]
2001年に発表されたHASTOL研究の第2フェーズでは、迎撃対気速度をマッハ15～17に上げ、迎撃高度を150 kmに上げることを提案し、これにより必要なテザー質量を3分の1に減らすことができた。この高速化は、純粋に空気呼吸する航空機の代わりに再利用可能なロケット段を使用することで達成される。この研究では、「根本的な技術的障害」はないものの、技術の大幅な改善が必要であると結論づけられた。特に、むき出しのSpectra 2000テザーは原子状酸素によって急速に侵食されるという懸念があり、このコンポーネントの技術準備レベルは2とされた。 [16]
類似の概念
キャプチャー・イジェクター・リムは、リムまたはリング状の構造からなるバリエーションです。回転するスカイフックのように、軌道運動と反対方向に回転し、準軌道速度の宇宙船を下部に取り付け、その後上部から軌道に投げ込むことができます。宇宙船は、スカイフックの端（短時間だけ下を向く）に取り付けるよりも、キャプチャー・イジェクター・リムの下部に取り付ける方が簡単です。[17]
参照
参考文献
- ^ ab Isaacs, JD; Vine, AC; Bradner, H; Bachus, GE (1966). 「衛星の伸長が真の「スカイフック」に".サイエンス. 151 (3711): 682– 3. Bibcode :1966Sci...151..682I. doi :10.1126/science.151.3711.682. PMID 17813792. S2CID 32226322.
- ^ 1966年5月6日付 Science 152:800の書簡も参照。
- ^ アルツタノフ、Y. V Kosmos na Elektrovoze (ケーブルカーで宇宙へ)。コムソモリスカヤ プラウダ (青年共産主義プラウダ)、1960 年 7 月 31 日。内容は、Lvov、Science 158:946、1967 年 11 月 17 日に記載されています。
- ^ アルスタノフ、Y.V. コスモス・ベズ・ラケット（ロケットなしで宇宙へ）。Znanije-Sile（知識は力）1969(7):1969年7月25日。
- ^ Pearson, J (1975). 「軌道タワー：地球の回転エネルギーを利用した宇宙船打ち上げ装置」Acta Astronautica . 2 ( 9– 10): 785– 799. Bibcode :1975AcAau...2..785P. CiteSeerX 10.1.1.530.3120 . doi :10.1016/0094-5765(75)90021-1.
- ^ Colombo, G., Gaposchkin, EM, Grossi, MD、および Weiffenbach, GC、「The 'Skyhook': A Shuttle-Borne Tool for Low Orbital Altitude Research」、Meccanica、第 10 巻、第 1 号、1975 年 3 月。
- ^ Kalaghan, P.、Arnold, DA、Colombo, G.、Grossi, M.、Kirschner, LR、およびOrringer, O.、「テザー衛星システム（スカイフック）のダイナミクスの研究」、NASA契約NAS8-32199、SAO最終報告書、1978年3月。
- ^ VB Braginski および KS Thorne、「Skyhook Gravitational Wave Detector」、モスクワ国立大学、モスクワ、ソ連および Caltech、1985 年。
- ^ モラベック、ハンス（1976年）。「スカイフック提案」。
- ^ Moravec, HP (1977). 「非同期軌道スカイフック」.宇宙科学ジャーナル. 25 : 307–322 .書誌コード:1977JAnSc..25..307M.1977 年 10 月 18 日から 20 日までカリフォルニア州サンフランシスコで開催された第 23 回 AIAA 会議「宇宙の産業化」で発表されました。
- ^ ab Sarmont, Eagle (1994). 「地球周回テザーが地球-月間宇宙輸送システムを低コストで実現する方法」SAE 技術論文シリーズ. Vol. 942120. doi :10.4271/942120.
- ^ モラベック、ハンス（1981）。「スカイフック提案」。
- ^ ab Cosmo, M.; Lorenzini, E. (1997年12月). Tethers in Space Handbook (PDF) (第3版). スミソニアン天体物理観測所. 2007年10月6日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2014年4月18日閲覧。
- ^ abc Bogar, Thomas J.; Bangham, Michal E.; Forward, Robert L.; Lewis, Mark J. (2000年1月7日). 極超音速飛行機スペーステザー軌道発射システム、研究助成金番号07600-018、フェーズI最終報告書(PDF)。NASA先端概念研究所。 2019年7月7日閲覧。
- ^ ab Chen, Yi; Huang, Rui; Ren, Xianlin; He, Liping; He, Ye (2013). 「テザーコンセプトとテザーミッションの歴史：レビュー」. ISRN天文学と天体物理学. 2013 (502973): 502973. Bibcode :2013ISRAA2013E...2C. doi : 10.1155/2013/502973 .
- ^ 「極超音速飛行機スペーステザー軌道打ち上げ（HASTOL）アーキテクチャ研究。フェーズII：最終報告書」（PDF） 。 2015年10月18日閲覧。
- ^ Macconochie, IO; Eldred, CH; Martin, JA (1983-10-01). 「捕捉排出衛星」NASA 技術覚書 85686
外部リンク
- 1,000km ケーブル トゥ ザ スターズ - YouTubeの The Skyhook ( Kurzgesagt提供)