【宇宙】太陽風の荷電粒子を受け推進する「電気帆」:50機で小惑星群を探査する構想も

1しじみ ★2017/11/05(日) 15:57:12.27ID:CAP_USER
宇宙空間で推進力を得る次世代の技術として、太陽風の荷電粒子を利用する「エレクトリックセイル(電気帆)」への関心が次第に高まっている。
すでに実証済みの「太陽帆」とは異なる技術で、いまだ宇宙での実績はないが、米航空宇宙局(NASA)のプロジェクトにも採用されるなど、
実現する日が近づきつつあるようだ。

〈エレクトリックセイルの仕組み〉

太陽は荷電粒子(主に電子と陽子)を絶えず放出しており、この荷電粒子の連続的な流れが太陽風と呼ばれる。
エレクトリックセイルは、回転する多数の長いワイヤーを帯電させ、太陽風に対して正の電位に保つことで、
太陽風の陽子と反発して推進力が生み出される。

太陽風の圧力は極めて小さいため、推進に必要な電位を得るにはワイヤーを長く伸ばす必要がある。
そこで、毛髪より細い25ミクロン(毛髪は約50〜100ミクロン)のワイヤーを20kmも伸ばすシステムが構想されている。

〈従来の太陽帆との違い〉

いっぽうの太陽帆は、太陽が発する光子(光を構成する素粒子)を薄膜に反射させ、光の入射方向と逆向きの力を発生させて推進力を得る。
薄膜に生じる力は帆の面積と光圧力に比例するため、十分な推進力を得るためには薄膜の面積を大きくする必要がある。

また、光圧力は光源からの距離の二乗に反比例するため、太陽からの距離が離れるほど、加速が弱まっていく。
これに対し、太陽風の届く範囲(太陽圏)の中では荷電粒子の量が一定しているため、エレクトリックセイルは一定の加速を維持できるメリットがある。

計算上は、1000kgの探査機が100本のワイヤーを備えていれば、毎秒1ミリメートル毎秒毎秒の加速度を得られる。
これは、最初の1秒間で1ミリ進み(秒速1ミリ)、次の1秒間で2ミリ進む(秒速2ミリ)という加速の度合いで、
1年後には秒速30キロメートルに達するという。

〈NASAのプロジェクトにも採用〉

エレクトリックセイルの第一人者は、フィンランドの宇宙科学者ペッカ・ヤンフネン氏だ。
同氏は、NASAが2015年に発表した研究プロジェクト「太陽圏境界面・静電気高速移動システム(Heliopause Electrostatic Rapid Transit System:HERTS)」に参画。
HERTSでは、エレクトリックセイルで推進するシステムで、ヘリオポーズと呼ばれる太陽圏境界面の120〜150AU(天文単位)の距離まで、
15年以内に到達することを目指す。ヤンフネン氏の研究成果は、
早ければ1〜2年以内に打ち上げられるNASAの外惑星ミッションに反映される可能性があるという。

また、ヤンフネン氏は今年9月にラトビアで開催された欧州惑星会議で、
エレクトリックセイルで推進する超小型探査機50機で最大300個もの小惑星を探査する構想を発表した。
個々の探査機には4センチの望遠鏡が搭載され、赤外線分光計によって小惑星に含まれる鉱物資源などを調査できるという。
ミッション全体の推計費用は約6000万ユーロ(約80億円)で、小惑星1個あたりの探査費用を抑えられるメリットがあるとしている。

画像:太陽風の荷電粒子を利用する推進システム「エレクトリックセイル(電気帆)」 Credit: NASA
http://www.newsweekjapan.jp/stories/assets_c/2017/11/HERTS-thumb-720xauto.jpg

関連動画:
Heliopause Electrostatic Rapid Transit System
https://youtu.be/xuqYvEcgJsA

ニューズウィーク日本版
http://www.newsweekjapan.jp/stories/world/2017/11/50-16.php

22名無しのひみつ2017/11/07(火) 02:05:01.48ID:qOmg8q8u
ヨットは水の抵抗がないと風上に向かえないんじゃない?

23名無しのひみつ2017/11/07(火) 02:28:44.90ID:uK9NvOVW
宇宙だと水の代わりに軌道速度というのがあるので、軌道速度を加速すれば
太陽系の外側へ、減速すれば内側へ行ける。
減速する方法があるかどうかが問題。

24名無しのひみつ2017/11/07(火) 07:54:43.06ID:G8hN7jcM
>>23
帆の向きで、軌道速度の減速は可能

25名無しのひみつ2017/11/07(火) 08:54:20.47ID:9cfydoOn
ワイヤーを帯電させる電源はやはりソーラーパネルなのかな?
あまりでかくするとその輻射圧だけでも進路が狂いそうなほどの低加速だな

26名無しのひみつ2017/11/07(火) 12:20:01.31ID:5D9tkUZI
イカロスのセイルはソーラー電力セイルの前段階という位置づけだったと思う
軽量なソーラパネルを目指したら結果として遠心力で展開する帆になるかも

27名無しのひみつ2017/11/07(火) 12:41:02.08ID:+MbnPMkF
>>1
おもろいやん
実験しようや

28名無しのひみつ2017/11/07(火) 16:10:41.28ID:HXsF16jW
50機の連凧を予想したのに違ったか

29名無しのひみつ2017/11/07(火) 17:35:39.09ID:OxS/foIm
>>28
凧ではなく、やはりセーリングボートの力学を考えたほうがいいと思う
センターボードによる風下への押し下げへの抵抗は太陽の重力が使える

太陽を周回するコースなら「ウィンドアビーム」で走れるし、太陽から離れるコースなら「ランニング」の帆走ができる
太陽重力(=センターボード抵抗)が充分大きい場所なら、太陽に近づく方向にクロースホールドで加速が可能だと思う
しかも、クロースホールドなら単に押されるランニング帆走よりも高速で航走できる

30名無しのひみつ2017/11/07(火) 17:43:33.49ID:J6MCzRKV
太陽以外の太陽風もどきでフラフラどこ行くかわかんねー
ってことにはならんの?

31名無しのひみつ2017/11/07(火) 17:50:15.44ID:8dJirIi7
>>14
>>1

やめてはいない
別物

32名無しのひみつ2017/11/07(火) 17:51:13.32ID:8dJirIi7
>>3-10
日本のイカロスでは
前方に風を受けて減速する原理で、太陽方向に移動することが出来ることを証明してる

33名無しのひみつ2017/11/07(火) 17:53:37.93ID:8dJirIi7
>>21-22
そのため、太陽の重力を使う

遠心力で太陽から遠ざかろうとしてるので、減速すれば太陽の重力に引っ張られて内側に落ちる
最終的には太陽に落ちることも可能

だから イカロス

34名無しのひみつ2017/11/07(火) 17:55:10.03ID:8dJirIi7
>>16
はやぶさ2のデータを利用しようとしてるので
はやぶさ2がどうかならんことには次に動けない

35名無しのひみつ2017/11/07(火) 19:59:29.43ID:qOmg8q8u
>>23
軌道速度を下回ると太陽に落ちてゆくという理解でいいのかな?

36名無しのひみつ2017/11/07(火) 21:27:27.92ID:sLYe0Os1
>>30
それは水面上のセーリング・ボートでも一緒だよ
まさか、自然の海上でも常に一定の方向から一定の風速の風が吹いてるなんて、思ってないでしょw?

37名無しのひみつ2017/11/07(火) 22:39:39.11ID:XYbxcLCY
1ミリメートル毎秒毎秒ってことはほぼ1万分の1Gか

そんな微弱な加速度でも1年続けば秒速30キロを超えてその間に5億キロ近く進むんだよな

38名無しのひみつ2017/11/07(火) 23:04:16.45ID:WC3YkD4u
>>1
太陽風なんてフレア1発で何百倍も密度が変わるものを動力源に使ったら
速度コントロールがむちゃくちゃ難しいだろうに

39名無しのひみつ2017/11/07(火) 23:14:24.76ID:sLYe0Os1
>>38
「自然風」を相手にしたセイリングはもっと大雑把ですよ
陽子流ならリアルタイムのフィードフォワード制御が可能だから、どうということはありませんw

40名無しのひみつ2017/11/07(火) 23:21:28.11ID:AO0ujegE
ワイヤーに流す電気を減らして反発力を下げればいいんだ

41名無しのひみつ2017/11/07(火) 23:22:33.19ID:WC3YkD4u
>>39
そうかなぁ
空気流とのアナロジーは危険だと思うけどな
高精度の軌道投入が必要なクリティカルシーンで
しかも地球とリアルタイム通信出来ない距離の場合
どれだけの性能の制御系が必要か考えると楽観は出来ないな

42名無しのひみつ2017/11/07(火) 23:33:36.56ID:sLYe0Os1
>>41
制御が地球で行われていたら、それは危ういでしょう
でも、陽子流は光速ではありません。太陽フレアでも磁気嵐はガンマ線よりも遅くて、フレア発生の翌日来るでしょ?

まぁ、自然風セイリングとの対比は少々荒っぽいですが、光と違って陽子セイルは「光で見て」から「風が到達する前」に制御できますから、制御し易いと思いますよ
しかも駆動方式上、「突風」でもセイルや支持懸架にかかる圧力は非常に少ないと思います。

43名無しのひみつ2017/11/07(火) 23:38:44.37ID:ev8ExjPC
>>38
太陽風を動力にするなら、たかが何百倍ていど、問題じゃなくね?
何日の間その何百倍が続いたら影響あるのさ。その間に対策できるだろと

44名無しのひみつ2017/11/07(火) 23:47:07.05ID:WC3YkD4u
>>42
宇宙機への粒子の到達時期予測は正確で超広範囲な太陽風観測施設が無いと無理だよね
>>43
推力をリアルタイム制御するのにどれだけの電力を変動させながら
供給しなけりゃならないかって事だよ
そんな奔放な電力ユニット作れるのかって事でもある

45名無しのひみつ2017/11/07(火) 23:49:02.20ID:ikWDFREZ
太陽風って無茶苦茶暑くないんか?
帆とかデロリンと溶けて無くなっちゃわない?

46名無しのひみつ2017/11/07(火) 23:51:02.52ID:WC3YkD4u

ちなみに俺は意地悪なエンジニアの常で
出来ない理由を探すマサカリ投げをやってるとこ
予算通したければマサカリ避けて見ろとw

47名無しのひみつ2017/11/07(火) 23:58:13.11ID:sLYe0Os1
>>44 
マサカリww
セイルは燃料が限られているロケット推進ではありません。推進に必要な運動量は太陽から無制限に得られます
陽子流がセイルに届くまでに、セイルの角度は調整できます。推力の調整は、陽子流が多すぎればセイルを畳むか、セイルの電荷量を減らせば推力を減らすことができます

推力を風力以上に増やすことはできませんが、時間が許せば燃料の制限はありません。最適なコースを選択するだけです

48名無しのひみつ2017/11/08(水) 00:04:27.33ID:vEa0J1zr
>>47
結局巨大なソーラーパネル抱えて飛ばなきゃならない訳だよね
太陽風を動力源とする意味有る?ソーラーセイルで十分じゃない?
ソーラーセイルなら薄膜太陽電池で発電も兼ねられるよね

49名無しのひみつ2017/11/08(水) 00:14:17.98ID:35kaadq/
>>48
セイルには「電荷」をためるだけなので、電流はほとんど流れません。静電気そのものです
一度帯電したら、陽子とともに流れる電子で中和される電荷を補充するだけです

ソーラーセイルとの効率比較は「放射圧」と「クーロン力」の比較なので、ちょっと計算が必要です

陽子流のメリットは >>1 にもある通り、光圧は太陽からの距離に逆二乗比例する法則が働きますが、太陽風は指向性があるので、太陽から離れても利用できます

デメリットは、自然風と同じく風力に偏在があることです。
光は常に距離に逆二乗比例した一定の放射圧ですが、陽子流は「吹かないときには無風」になる事でしょう

50名無しのひみつ2017/11/08(水) 00:15:05.36ID:+mQMuyLS
ちゃんと>>1にソーラーセイルとの違いが書いてあるじゃん

51名無しのひみつ2017/11/08(水) 00:24:30.16ID:vEa0J1zr
>>49
電荷量をアクティブに制御しなければならないから必然的に電流が生じるよね
そして推力を維持するために太陽風密度が少ないときは高い電荷を持たせなければいけないから高電圧の電源が必要だよね
帆の本数が多ければ当然電源は大きな負荷変動に耐えなければいけないよね

52名無しのひみつ2017/11/08(水) 00:46:02.65ID:aPvNIKSl
いちゃもんレベルなら見苦しいだけだ
クソつまらん

53名無しのひみつ2017/11/08(水) 00:53:15.74ID:vEa0J1zr
もう一点腑に落ちないことが
太陽光は逆自乗則で密度が下がるけど太陽風は違うみたいな事を言ってるけど
俺が太陽風の物理に詳しくないせいかもしれないが疑問

太陽表面から放射されるプロトンの密度も距離に対して逆自乗則で下るはず
多分黒点の直上の密度が高くて他は低いと言うようなムラはあるはずだけど
太陽からの距離に対してどんどん密度が下がるのは間違いない

54名無しのひみつ2017/11/08(水) 08:18:52.35ID:a6eYf8FG
よく勉強してない「自称エンジニア」というのも、困ったものですね
もっと、突っ込むべき所はどこか?を考えるべきです

55名無しのひみつ2017/11/08(水) 09:34:06.78ID:cAYXGz05
アーサー・C・クラークの短編に「太陽からの風」ってのがある
月への太陽帆船のレースを描いてるが あれはもろにソーラーセールで
正確には「太陽からの光」だなとこの記事見て今更に気付いた
かっこいいから意訳したのかと思ったが原題も「The Wind from the Sun」だった

56名無しのひみつ2017/11/08(水) 10:10:29.14ID:cAYXGz05
テザーと太陽風の反発で進むから周りにある程度の密度の陽子があればいいってことなんだろうか
ジャンプ力は小さいので下が鉄骨か発泡スチロールかは関係ないみたいな

57名無しのひみつ2017/11/08(水) 10:19:15.01ID:nzSV/OP0
>>22
帆船が風上に推進できる原理は飛行機が飛ぶ原理と同じ。翼面の表裏を通る空気の気圧差による浮力。船はそれを三角帆で前向きに発生させる。水の抵抗は関係ない。

58名無しのひみつ2017/11/08(水) 10:28:48.28ID:cAYXGz05
>>57
これが間違いなぐらい自分にも判る キールのついてないタライでやってみれば?

59名無しのひみつ2017/11/08(水) 10:34:57.15ID:nzSV/OP0
>>58
水の抵抗は横向きの力を押さえつけて横に流されるのを防ぐだけ。推進力の源泉ではない。

60名無しのひみつ2017/11/08(水) 10:41:37.47ID:fFu2WsfM
風上にと書いてるだろうがw 勝手に仮定を変えるじゃない
スカラーとベクトルの違いだ

61名無しのひみつ2017/11/08(水) 10:51:12.47ID:a6eYf8FG
>>57
「帆船が風上に推進できる原理は飛行機が飛ぶ原理と同じ」というのはあっていますが、その後の知識はすべて間違ってます

62名無しのひみつ2017/11/09(木) 09:20:58.56ID:WVbDgCQk
これはこうのとりのテザー実験と同じで 代わりに磁場でなく太陽風の電荷を利用するって事?
テザーに電流流さなければ テザーで発電でき同時に減速出来るのかな
だったらすごい理想的なんだけど

63名無しのひみつ2017/11/09(木) 11:44:42.54ID:VKiax7Th
>>62
一行目はその通り
発電はセールをテザーとして利用する場合と陽子流のクーロン量を利用する二通りが可能で、陽子流の運動量が充分にあれば、かなりの電力と制動力を期待できると思われる

64名無しのひみつ2017/11/09(木) 13:33:21.63ID:vOiiKzU8
>>59
風上に進むための分力を作るるためには必要でしょ…

65名無しのひみつ2017/11/13(月) 21:39:32.62ID:YmIxebvY
ヴォワチュール・リュミエールか
スターゲイザー 上を見て進め

66名無しのひみつ2017/11/16(木) 09:26:31.08ID:TCqxv5sj
>>621
ラムスクープ船か…良いね
最近はそれに使える基礎研究みたいなのが多いから、じきに実証実験機ぐらい作れるんじゃないか?

【九州大学】恒星間航行ロケットの原理実証に一歩前進 —レーザー核融合ロケット実現に向けたプラズマの噴出制御に成功
http://egg.5ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1509162062/

【宇宙】太陽風の荷電粒子を受け推進する「電気帆」:50機で小惑星群を探査する構想も
http://egg.5ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1509865032/

67名無しのひみつ2017/11/16(木) 09:52:04.72ID:f4QYIsHV
   日 本 人 の レ ベ ル の 低 さ

竹下雅敏「どうも日本人のレベルの低さというのは、
     ドイツはUFOテクノロジーを完成させていたのに、
     日本は戦艦大和で喜んでいたという感じなのです。」
矢追純一「宇宙人側からの申し入れは、核の利用と戦争をやめ宇宙人の存在を公表しなさい。
     ロシアという大国の首相がね、2回も言ってるんだからね。」
https://www.youtube.com/watch?v=FIRXKe tUkq8
メドヴェージェフ『世界が地球外生命体の実在の真相を知る時がきた。
         アメリカが公式に認めないなら、クレムリンは独自に情報公開する予定だ』
https://www.youtube.com/watch?v=gAE5665i3lQ


   ウ サ ギ の よ う な 小 動 物 は 月 面 に 存 在

世界中で現れているミステリーサークルは、当初イギリス南部を中心に出現していた。
なぜならそこにマ人トレーヤが居られたからである。
2017/09/signs/670
ノルウェー上空の渦巻きは宇宙船によって生じたものであり、
山の背後から空に上昇して、意図的に注意深く渦巻きをつくったのです。
magazines/swl9d8/ahwpdf/cwe6t0.html

物質的住居の名残はまだ残っており、例えばウサギのような小動物は月面に存在します。
magazines/swl9d8/60wbw5/ou99he.html
いわゆる科学者や専門家たちの絶望的な望みは、
人間の目が捉える証拠を否定するのには役に立たないことが証明されるだろう。
2017/09/signs/670

68名無しのひみつ2017/11/16(木) 10:41:23.71ID:vw2dKwlB
なぜか荷電粒子砲を思い出した

69名無しのひみつ2017/11/19(日) 20:20:24.79ID:Gd5zXrp5
電磁(EM)推進はどうなったの?
さっぱり続報がないんだけど?
NASAが実験してるんだよね?

70名無しのひみつ2017/11/19(日) 22:00:40.38ID:4XIWFUAX
>>69
NASAによるEM Driveの研究は2015年4月に終了したみたいよ

71名無しのひみつ2017/11/19(日) 22:06:41.89ID:wVy0LE/c
>>69
本当ならノーベル賞100個分
未だにノーベル賞が貰えないなら実証されてないってこと

つーか熱力学第一法則を破っている時点で怪しめよ
迷惑メールの100兆億万円あげますってヤツの方が信頼性高いわ

72名無しのひみつ2017/11/19(日) 23:00:48.32ID:REaH1C6d
去年の11月にNASAから論文出て、確かに推力が発生している、って出てたよ。
今はどうやって推力を上げるかの研究中。そのうちまた実験するだろ。

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