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オニール・シリンダー

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オニール・シリンダーの想像そうぞう

オニール・シリンダー (オニールのシリンダーオニール・コロニーとも。えい: O'Neill cylinder, O'Neill colony (英語えいごばん) ) は、アメリカの物理ぶつり学者がくしゃジェラード・K・オニールが1976ねん著書ちょしょ『The High Frontier: Human Colonies in Space (英語えいごばん) ) 』で提示ていじしたスペースコロニー形態けいたい[1]オニールはそのなかで、つき小惑星しょうわくせいから採掘さいくつした素材そざい利用りようする21世紀せいき宇宙うちゅう植民しょくみん様子ようすえがいている。[2] オニール・シリンダーは2つのシリンダー (円柱えんちゅう)構成こうせいされており、相互そうごぎゃく回転かいてんをしている。これは太陽たいよう方向ほうこうつづけることを困難こんなんにするジャイロ効果こうかすためである。それぞれのシリンダーのサイズは直径ちょっけい5マイル (8.0 km)、ながさ20マイル (32 km)であり、ベアリング (軸受じくうけ) システムをもちいてりょうはし連接れんせつぼう (コネクティングロッド)つながれている。この機構きこう遠心えんしんりょくによって内側うちがわめん人工じんこう重力じゅうりょく供給きょうきゅうされる。[1]

陸地りくちまどしまをなすシリンダー内部ないぶ様子ようす

背景はいけい[編集へんしゅう]

プリンストン大学ぷりんすとんだいがく学部がくぶせいけの物理ぶつりがく教鞭きょうべんっていたオニールは、宇宙うちゅう植民しょくみん可能かのうなことと示唆しさする意図いとで、"宇宙うちゅう空間くうかんにおける巨大きょだい建造けんぞうぶつ設計せっけい"という課題かだい生徒せいとたちにげかけた。そのうちのいくつかは人間にんげん生存せいぞんするのに充分じゅうぶん機構きこうそなえたものであった。この成果せいかはシリンダーがたコロニー構想こうそうのヒントとなり、オニールは1974ねん9がつの『フィジックス・トゥデイ (英語えいごばん) 』の記事きじ発表はっぴょうするにいたった。[3]

オニールの計画けいかくにはまった先例せんれいがないわけではなかった。1954ねんにドイツじん科学かがくしゃヘルマン・オーベルトかれ著書ちょしょ『Menschen im Weltraum – Neue Projekte für Raketen- und Raumfahrt (日本語にほんご: 宇宙うちゅうをめざす人々ひとびと – ロケットおよ宇宙うちゅう飛行ひこうあらたな計画けいかく) 』のなかで、人間にんげん居住きょじゅう可能かのう宇宙うちゅう旅行りょこうよう巨大きょだいシリンダーがたコロニーについてしるしている。

しま[編集へんしゅう]

オニールは3パターンの設計せっけいをおこない、それぞれ「しま」と呼称こしょうした。

しま1ごう赤道せきどう地域ちいき (参考さんこう: バナールだま) に人間にんげん居住きょじゅう区域くいきつ、周囲しゅういからやく1,681フィート (512 m)の距離きょりって回転かいてんする球体きゅうたいである。のちにしま1ごうべつバージョンをスタンフォード大学だいがくのNASAのエイムズ研究けんきゅうセンターが開発かいはつした。これはスタンフォード・トーラスばれ、直径ちょっけいやく1,600フィート (490 m)のドーナツがたをしている。[4]

しま2ごうもまた直径ちょっけいやく5,200フィート (1,600 m)の球体きゅうたいである。

オニール・シリンダーとして有名ゆうめいしま3ごうは2つのぎゃく回転かいてんするシリンダーからり、それぞれ直径ちょっけいやく5マイル (8.0 km)、ながやく20マイル (32 km)まで伸長しんちょう可能かのうである。[5]かくシリンダーにはちょうあたり平行へいこうしてはし均等きんとう面積めんせきの6ほんしまがあり、3つは透明とうめいまどのこり3つは居住きょじゅう可能かのうな「陸地りくちめん」となっている。くわえて、外周がいしゅうにある半径はんけい10マイル (16 km)の農業のうぎょうようリングがまたべつ速度そくど回転かいてんしている。居住きょじゅう区内くない中央ちゅうおうには工業こうぎょう製造せいぞうよう区画くかくがあり、製造せいぞう過程かていによっては重力じゅうりょく最小さいしょうできるようになっている。

地球ちきゅうから物資ぶっしせるための莫大ばくだいなロケット輸送ゆそうおさえるため、これらの居住きょじゅう磁力じりょくマスドライバー使用しようしたつきからの輸送ゆそうでまかなえる素材そざい設計せっけいされている。[1]

設計せっけい[編集へんしゅう]

人工じんこう重力じゅうりょく[編集へんしゅう]

シリンダーの回転かいてん内側うちがわめん人工じんこう重力じゅうりょく発生はっせいさせている。オニールの描写びょうしゃによると、標準ひょうじゅんてき地球ちきゅう重力じゅうりょくをシミュレートするのにやく28回転かいてんごと必要ひつようである。回転かいてんするフレーム[6][7][8][9][10]における人的じんてき側面そくめんからの研究けんきゅうによると、このような低速ていそく回転かいてんでは人間にんげん内耳ないじ作用さようしているコリオリりょくにより、""をかんじることはほぼないとされている。しかし、人間にんげん感覚かんかくあたま回転かいてんさせたさい回転かいてん方向ほうこうとそのぎゃく方向ほうこう検出けんしゅつできるため、ものとしたときにそれがすうcm偏向へんこうしてえることになる。[9]居住きょじゅう中心ちゅうしんじく無重力むじゅうりょくいきであり、レクリエーション施設しせつ配置はいち想定そうていされた。

大気たいき放射線ほうしゃせん[編集へんしゅう]

この居住きょじゅうは、地球ちきゅう海面かいめん気圧きあつの20%である地上ちじょう空気くうきにほぼおなぶんあつ酸素さんそゆうするよう計画けいかくされており、地球ちきゅう気圧きあつの30%を追加ついかするために窒素ちっそふくまれる。地球ちきゅう気圧きあつ半分はんぶんであることでガスを節約せつやくし、居住きょじゅうかべとして必要ひつようとされる強度きょうどあつさをらすことができるとされている。[1][4]

反射はんしゃした太陽光たいようこうらされるオニール・シリンダー内部ないぶのイラストレーション

この規模きぼにおいてはシリンダーない空気くうきとシリンダーの外壁がいへき宇宙うちゅうせん十分じゅうぶん遮断しゃだんする。[1]内部ないぶ大気たいき組成そせい太陽光たいようこう反射はんしゃりょうえる小規模しょうきぼ気象きしょう制御せいぎょシステムのサポートをおこなうのにオニール・シリンダーの内部ないぶ容積ようせき十分じゅうぶんであった。[5]

太陽光たいようあきら[編集へんしゅう]

しまをなすまどのそれぞれをおおうように巨大きょだいかがみ後部こうぶでヒンジめされており、められていないほうのえん太陽たいよういている。かがみ役割やくわりまどとおして日光にっこうをシリンダーない反射はんしゃさせることである。夜間やかんのシミュレートは、かがみひらまどなにもない空間くうかんくようにすることでおこなわれ、これは宇宙うちゅう空間くうかんへのはいねつねることができる。昼間ひるまは、反射はんしゃされた太陽たいようかがみうごきにわせてうごくようにえるため自然しぜん太陽たいよう角度かくど変化へんかつくすことができる。肉眼にくがんでは観測かんそくできないが、シリンダーの回転かいてんによって、おなじく回転かいてんする太陽たいようぞう観察かんさつされうる。ガラスを特定とくてい角度かくど透過とうかしたこれらのひかりのうちいくらかがへんこうし、ミツバチ受粉じゅふん活動かつどう混乱こんらんさせるおそれがあるとされている。[1]

居住きょじゅう採光さいこうのために巨大きょだいまどがシリンダーのちょうあたり沿ってはしっている。[1]破壊はかいてき損傷そんしょうけるために、これらはいちまいおおきなまどではなく多数たすう部品ぶひん構成こうせいされる。そこでもちいられるのがアルミニウムもしくはスチールまどわくであり、居住きょじゅう気圧きあつ負担ふたんだい部分ぶぶんがすことができる。[1]隕石いんせきによってまどパネルのいちまい破損はそんすることもかんがえられ、これにより空気くうきのいくらかがうしなわれることになるものの、居住きょじゅうきょたいさから計算けいさんするに緊急きんきゅう事態じたいにはいたらないとされている。[1]

姿勢しせい制御せいぎょ[編集へんしゅう]

太陽たいようエネルギー確保かくほ居住きょじゅう採光さいこうのため、居住きょじゅうかがみつね太陽たいよう方角ほうがくいていなければならない。オニールと生徒せいとたちは、ロケットを使つかわずに (反応はんのう質量しつりょう放出ほうしゅつしてしまうため) 1周回しゅうかいあたり360のコロニーの回転かいてん継続けいぞくてき維持いじする方法ほうほう慎重しんちょう検討けんとうした。[1]まず、居住きょじゅうであるほんのシリンダーをリアクションホイールとして回転かいてんさせる。一方いっぽう回転かいてん変化へんかがあった場合ばあい、2ほんのシリンダーが相互そうごじくとして回転かいてんはじめる。2つの回転かいてんじくによって形成けいせいされた平面へいめん軌道きどうたいするロールじく垂直すいちょくになってから、太陽たいよういた2つの軸受じくうけのあいだちからくわえることでいちついのシリンダーをヨーイングさせ、太陽たいよう照準しょうじゅんするのである。一対いっついのシリンダーを相手あいてからはなちからくわえるとジャイロスコープによりりょうシリンダーはとし運動うんどうはじめ、相手あいてかうようにちからくわえるとべつ方向ほうこうにヨーをこす。ぎゃく回転かいてんをする居住きょじゅうには実質じっしつジャイロ効果こうかがないため、この微細びさいとし運動うんどう居住きょじゅう軌道きどうとおして継続けいぞくし、太陽たいよう方角ほうがくつづけることができるのである。

ギャラリー[編集へんしゅう]

フィクションにおけるオニール・シリンダー[編集へんしゅう]

関連かんれん項目こうもく[編集へんしゅう]

脚注きゃくちゅう[編集へんしゅう]

  1. ^ a b c d e f g h i j O'Neill, Gerard K. (1977). The High Frontier: Human Colonies in Space. New York: William Morrow & Company. ISBN 0-688-03133-1 
  2. ^ SPACE RESOURCES and SPACE SETTLEMENTS,1977 Summer Study at NASA Ames Research Center”. 2012ねん10がつ20日はつか閲覧えつらん
  3. ^ O'Neill, Gerard K. (September 1974). “The Colonization of Space” (PDF (subscriber only)). en:Physics Today 27 (9): 32–40. Bibcode1974PhT....27i..32O. doi:10.1063/1.3128863. ISSN 0031-9228. http://ptonline.aip.org/getpdf/servlet/GetPDFServlet?filetype=pdf&id=PHTOAD000027000009000032000001&idtype=cvips 2009ねん4がつ19にち閲覧えつらん. [リンク]
  4. ^ a b Space Settlements: A Design Study (1977). NASA SP-413. NSS.org. Retrieved September 12, 2012.
  5. ^ a b O'Neill Cylinder”. Orbital Space Settlements. en:National Space Society. 2012ねん11月13にち閲覧えつらん
  6. ^ Beauchamp, G. T. (October–December 1961). “Adverse Effects Due to Space Vehicle Rotation”. Astronautical Sciences Review 3 (4): 9–11. 
  7. ^ Proceedings of the Symposium on the Role of the Vestibular Organs in Manned Spaceflight, NASA SP-77, 1965. See in particular: Thompson, Allen B.:Physiological Design Criteria for Artificial Gravity Environments in Manned Space Systems
  8. ^ Newsom, B. D. (June 1972). “Habitability factors in a rotating space station”. Space Life Sciences 3 (3): 192–197. Bibcode1972SLSci...3..192N. doi:10.1007/BF00928163. PMID 5038187. http://www.astro.queensu.ca/~tjb/rotation.pdf. 
  9. ^ a b Proceedings of the Fifth Symposium on the Role of Vestibular Organs in Space Exploration, Pensacola, Florida, August 19–21, 1970, NASA SP-314, 1973
  10. ^ Altman, F. (1973). “Some Aversive Effects of Centrifugally Generated Gravity”. Aerospace Medicine 44: 418–421. 
  11. ^ Curreri, Peter A. (2007). "A minimized technological approach towards human self sufficiency off Earth" (PDF). Space Technology and Applications International Forum (STAIF) Conference, en:Albuquerque, NM, 11–15 February 2007.

参考さんこう文献ぶんけん[編集へんしゅう]

外部がいぶリンク[編集へんしゅう]