回転ホイール宇宙ステーション

回転輪宇宙ステーション。ヴェルナー・フォン・ブラウンの1952年のコンセプト。

回転ホイール宇宙ステーション（フォン・ブラウン・ホイールとも呼ばれる）は、仮想的な車輪型宇宙ステーションの概念である。1929年にヘルマン・ポトチュニクによって最初に提案され、 ^{[ 1 ]} 1952年にヴェルナー・フォン・ブラウンによって普及した。^{[ 2 ]}

仕様

このタイプのステーションは軸を中心に回転し、人工重力環境を作り出します。ステーションの乗員は、次の式に従って遠心加速度を経験することになります。 ^{[ 3 ]}

${\displaystyle a=-\omega ^{2}r}$

ここで、はステーションの角速度、はステーションの半径、はステーションの周囲の任意の点における線加速度である。^{[ 3 ]} ${\displaystyle \omega }$ ${\displaystyle r}$ ${\displaystyle a}$

理論的には、この宇宙ステーションは地球の重力加速度（9.81 m/s ^{2 ）をシミュレートするように構成することができ、}微小重力の欠点なしに人類が宇宙で長期滞在することを可能にする。^{[ 4 ]}

歴史

科学者もSF作家も、20世紀初頭から回転する車輪を持つ宇宙ステーションの構想を温めてきました。ヘルマン・ポトチュニクは著書『宇宙旅行の問題』の中で、直径30メートルの回転する車輪を持つ宇宙ステーションを提唱しました。彼は、この宇宙ステーションを静止軌道に配置することを提案しました。^{[ 1 ]}

1950年代、ヴェルナー・フォン・ブラウンとウィリー・レイはコリアーズ・マガジン誌に寄稿し、火星に向かう宇宙船の準備手段としてもこのアイデアを改良しました。彼らは直径76メートル（250フィート）の回転ホイールを構想しました。3層構造のホイールは毎分3回転で回転し、人工的に3分の1の重力を作り出します。乗組員は80名を想定していました。^{[ 2 ]}

1959年、NASAの委員会は、そのような宇宙ステーションはマーキュリー計画の次の論理的なステップであるとの見解を示した。^{[ 5 ]} NASAが1975年に提案したスタンフォード・トーラスは、同じコンセプトの巨大なバージョンであり、都市全体を収容することができる。^{[ 6 ]}

NASAは、回転車輪型宇宙ステーションの建設を試みていない。その理由はいくつかある。第一に、米国をはじめとする宇宙開発国が利用できる揚力能力が限られていることを考えると、そのようなステーションの建設は困難である。そのようなステーションの組み立てと加圧には大きな障害が伴い、NASAの技術的能力を超えるものではないものの、予算の制約から実現は難しい。第二に、NASAは現在の宇宙ステーションである国際宇宙ステーション（ISS）を無重力実験室として有用であると考えており、現在の微小重力環境は意図的に選択されたものである。^{[ 7 ]}

2010年代、NASAはノーチラスX遠心分離機実証プロジェクトの計画を検討しました。実現すれば、ISSに遠心分離機の寝室モジュールが追加されることになります。これにより、ISSの無重力実験の有用性を損なうことなく人工重力実験が可能になり、人工的な部分重力効果を十分な規模で宇宙で実証する初の事例となるはずでした。^{[ 8 ]}このプロジェクトは、初期の図面と提案の段階に留まりました。

ギャラリー

• 
  ツィオルコフスキーのブーブリク都市が切手に
• 
  1975年のNASAによるスタンフォード・トーラスの構想
• 
  1962年NASAによる六角形の膨張式回転宇宙ステーションの展開構想
• 
  1962年NASAの六角形の膨張式回転宇宙ステーションの構想
• 
  ヘルマン・ポトチニクの『宇宙旅行の問題』（1929年）における回転車輪宇宙ステーションの描写
• 
  1964年、 NASAのエンジニアが直径7.3メートル（24フィート）の実物大宇宙ステーションの模型の周りを模擬無重力状態で散歩している。
• 
  提案されたノーチラスX
• 
  オービタル・アセンブリー社が開発中のボイジャー宇宙ステーションの2019年の概念図

フィクションでは

多くの架空の宇宙ステーションや宇宙船では、回転するデザインが採用されています。

1936年:アレクサンドル・ベリャーエフの小説『KETs Star』では、円形の宇宙ステーションが回転することで 約0.1gの擬似重力を生み出します。

1958年:映画『宇宙の女王』には、回転する宇宙ステーションが爆破される場面が登場する。

1968年：アーサー・C・クラークの小説『2001年宇宙の旅』は、スタンリー・キューブリック監督による同名の映画版と同時期に制作されました。同作では、回転する宇宙ステーション「スペース・ステーションV」が人工重力を生み出し、初版の表紙に大きく描かれています。木星探査機ディスカバリー1号には、乗組員居住区に人工重力を生み出す遠心分離機が搭載されています。

1968年：ドクター・フーの6部作テレビシリーズ『The Wheel in Space』では、タイトルにもなっている宇宙ステーションが物語の主な舞台となっている。

1970 年: 小説『リングワールド』では、恒星を中心とした非常に巨大で居住可能な構造が描かれています。

1973年：アーサー・C・クラークの小説『ラマとの遭遇』には、太陽系に侵入した50×20キロメートル（31×12マイル）の円筒形の異星人の宇宙船が登場する。

1984年: ピーター・ハイアムズ監督の映画『2010』には、戦艦サイズのロシア製宇宙船（未来派アーティストのシド・ミード設計）レオーノフが登場します。レオーノフは中央部分が連続的に回転し、乗員に人工重力を提供します。

1985年：小説『エンダーのゲーム』には、「バトルスクール」と呼ばれる多重リング状のステーションが登場し、様々なレベルの重力がシミュレートされています。登場人物がステーション内を中央に向かって移動するにつれて、重力の感覚が著しく弱まります。

1994年： SFシリーズ『バビロン5』に登場する人類は、回転式セクションを用いて人工重力を作り出すオニール社の円筒型宇宙ステーションで暮らしている。バビロンシリーズ（シリーズ名の由来）をはじめとする地球連合軍の宇宙ステーション、太陽系ジャンプゲート近くのイオにあるような転送ステーション、そして地球軍のオメガ級駆逐艦は、無重力の影響が懸念されなくなったため、展開時間を延長し、ミッションの柔軟性を高めるために回転式セクションを多用した。

1999年：日本の漫画およびアニメ「プラネテス」のメインストーリーは、7番目の車輪軌道ステーション「ザ・セブン」を舞台としており、9番目のステーションは2075年までに建設中です。ゼノン三部作（「ゼノン 21世紀の少女」、「ゼノン ザ・ゼクエル」、 「ゼノン Z3」）では、13歳のゼノンは、架空のウィンドコム社が所有する回転宇宙ステーションで2049年から2054年まで暮らしていますが、このステーションは求心力による人工重力を可能にするようには設計されていません。

2000年: 映画『ミッション・トゥ・マーズ』では、2020年に人類初の火星探査ミッションの回収ミッションのために急遽転用されたNASAの宇宙船マーズIIに、回転する乗組員居住施設が登場する。微小隕石の衝突後に船体の緊急修理を行うため、姿勢制御スラスターを使用して人工重力回転を停止した。

2001年：バンジーが制作したビデオゲームシリーズ「Halo」では、回転することで重力をシミュレートし、地球のような動物相や環境 を収容できる惑星サイズのリングが描かれている。

2003年：リメイク版『宇宙空母ギャラクティカ』では、ラグナル・アンカレッジは3つのリングで囲まれた兵器貯蔵ステーションであり、民間船ゼファーはリング状の中央部を備えた豪華客船です。

2007年：ビデオゲーム『マスエフェクト』シリーズに登場するシタデル宇宙ステーションの「プレシディウム」セクターは、ドッキングリングに接続された回転するトロイダルセクションで構成され、中央のリングから花びらのように5つの大きな「ワード」が放射状に広がっています。また、銀河系における人類の政治拠点であるアークトゥルス・ステーション（ゲームには登場しませんが、詳細な説明があります）も、回転するスタンフォード・トーラスであるとされています。

2009年：ジャコ・ヴァン・ドルマル監督の映画『ミスター・ノーバディ』では、人工重力を生み出す2つの巨大な回転リング構造内に並んだハイパースリープ室で乗客を運ぶ大型宇宙船で主人公が火星へ旅するという別のタイムラインが描かれている。

2010年： OVA 『機動戦士ガンダムUC』では、地球連邦首相官邸「ラプラス」がスタンフォード・トーラスの例であった。

2011年：エクスパンスシリーズの宇宙ステーションのほとんどは、回転による人工重力を利用しており、特にティコ・ステーションが顕著です。ケレスやエロスといったさらに大きな天体も、内部をくり抜いて回転させることにより、居住者に重力を与えています。

2013年：ニール・ブロムカンプ監督の映画「エリジウム」には、エリジウムと呼ばれる巨大な宇宙ステーションが登場する（直径60キロメートル（37マイル）の屋根なしのステーション^{[ 9 ]}で、はるかに大きな屋根なしのビショップリングと、より小さく完全に密閉されたスタンフォードトーラスの中間に位置する）。映画の中のステーションは、地球の特権階級の人々が住む都市と居住地を支援している。

2014年：NASA設計のノーチラスXに非常によく似た設計の宇宙船が『インターステラー』に登場した。エンデュランス号として知られるこの宇宙船は、惑星間飛行も可能な中継基地として使われた。

2014 : ビデオゲームElite: Dangerous (およびその前作) の宇宙ステーションでは、人工重力を作り出すために回転します。

2015年： ITVのテレビ番組「Thunderbirds Are Go」に登場するサンダーバード5号は、宇宙ステーションの回転する重力リング部分と、その下にある地球を観察するためのガラスの床を備えています。このシリーズの舞台は2060年です。

2015年：映画『オデッセイ』に登場するNASA設計のヘルメスは火星への宇宙旅行が可能だった。

2018年：プラネタリウム映画『Mars 1001』は、回転する宇宙船を用いた架空の火星探査ミッションを描いています。Fallout 76には、「クレーター」と呼ばれる場所に、回転する車輪が付いた廃墟となった宇宙ステーションが登場します。

2019年：ビデオゲーム『Outer Wilds』には複数の要素が登場します。基本ゲームでは、惑星内部に回転する重力ホイールが設置されており、惑星中心部の重力を維持します。2021年のDLC 『Echoes of the Eye』では、惑星サイズの車輪型宇宙船が登場し、回転することで人工重力を作り出します。

2022年：『ボバ・フェットの書』では、マンダロリアンが人工重力の回転リングの上に描かれている。

2022年： Apple TV+オリジナルシリーズ『フォー・オール・マンカインド』シーズン3プレミアでは、重力生成用の回転ホイールを備えた宇宙ホテルが描かれ、回転機構が故障した後、ストーリー展開にとって重要になります。

参照

• 宇宙居住地
• 宇宙植民地化
• 無重力
• スタンフォード トーラスは、1975 年に NASA によって提案された、10,000 ～ 140,000 人の永住者を収容できる直径 1.8 キロメートル (1.1 マイル) の宇宙居住施設の設計です。
• ビショップリング（生息地）
• オニール シリンダーは、1976 年にジェラルド K. オニールが提案した直径 5 マイル (8.0 km) の宇宙居住地の設計です。
• リングワールド
• 「人類はまもなく宇宙を征服する！」は、ヴェルナー・フォン・ブラウンの有人宇宙飛行計画を詳述した 1950 年代の有名な雑誌記事シリーズです。
• 火星への有人ミッションの提案である「マーズ・ダイレクト」。この提案には、「居住ユニット」をロケットの段に繋ぎ、共通軸を中心に回転させることによって人工重力を発生させる設計が含まれている。
• 大衆文化における宇宙ステーションと居住地

参考文献

1. Noordung (仮名)、Hermann (1993) [1929]。Das 問題 der Befahrung des Weltraums: der Raketen-Motor (PDF) (ドイツ語)。ベルリン: Richard Carl Schmidt & Co.、 136 ～ 144ページ 。ISBN 3851320603。
2. ライアン、コーネリアス（編集者、また Collier's 誌の副編集者。本書の内容の半分は Collier's 誌の連載記事「人類はまもなく宇宙を征服する！」に掲載されたものだとカバーのフラップに記されている）『Across the Space Frontier』ニューヨーク、1952 年 9 月、ヴァイキング プレス。第 4 章ウィリー レイ著「A Station in Space」98-117 ページを参照。本書の口絵には、チェスリー ボーンステルによる、中央アメリカ上空の軌道上にある車輪付き宇宙ステーション全体のイラストが掲載されている。106 ページと 107 ページには、車輪付き宇宙ステーションの内部の断面図が掲載されている。 100 ページには、乗組員 80 名を想定して設計されていると記載されています。xii ページの序文には、回転ホイール式宇宙ステーションが地球から 1,075 マイル (1,730 km) 上空を周回することになり、予想費用は 1952 年の価値で 40 億ドル (2024 年に 470 億ドルに相当) になると記載されています。
3. Allain, Rhett (2014年10月28日). 「『インターステラー』における回転宇宙船の物理 - 宇宙船に円運動を加えることで重力のような効果が生まれる」Wired .
4. ホリンガム、リチャード (2014年11月18日). 「人工重力を発生させる巨大な回転宇宙ステーションは数十年前から構想されてきた。では、なぜ誰も建設しないのだろうか？」BBC .
5. 宇宙ステーション。http ://www.daviddarling.info/encyclopedia/S/space_station.htmlから取得。
6. 「スタンフォード・トーラス宇宙居住地 - NSS」 2017年8月3日. 2025年4月8日閲覧。
7. 「Home, Sweet Home」 NASA、2001年5月25日。2006年9月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。
8. NASAジョンソン宇宙センターのマーク・ホルダーマンとエドワード・ヘンダーソン（2011年1月26日）「ノーチラスX多目的宇宙探査機」 。 2011年3月26日閲覧。
9. Sky Brody, David (2013年8月10日). 「エリジウムではなく、リングワールドのより良い居住地が私たちの未来を過去に戻す可能性がある（解説）」 space.com . 2024年4月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2024年10月10日閲覧。

「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Rotating_wheel_space_station&oldid=1331682922」より取得