１５０ｋｍの高さで通信基盤を整備する手法について １０月７日
少し前に以下の記事を書いて、５０～１００ｋｍの高さに通信基地を浮かせて、高速通信網を成層圏で整備するアイデアを出しています。ここに新しい手法がスマフォのＡＩ君から出てきたので紹介したいと思います。記事の必要部分も転載して続けます。
携帯の微弱電波対応は電波塔をスモールセル対応に変えれば良く健康被害を減らせる １０月２日
質量制御の面からの検討漏れがあり、高度５０ｋｍに大型輸送機を浮かべて位置を変えずに携帯他の基地局になれるのでした。冗談と思われるガンダムも必ず実現するのですが、今度は話がメルヘンになってきて、なんとまあ、天空の城のラピュタを通信基地として、成層圏に浮かべる話になりそうです。
状況次第ですが、ここにもホテルの需要があるなら地上に近い観光地にもなれるでしょう。往復の無重力体験と、通信基地を子供に見せる科学館のレベルならすぐ出来るでしょう。ホテル体験は、宇宙ステーションのホテルとほぼ同じになるのでした。ＳＦに出て来る地球の丸い地平線から太陽が昇る日の出を、皆が体験できるのでした。あとは体重計に乗ると重力が弱まっている部分までをリアルに体験できるのでした。
今の通信技術として１０～２０ｋｍ位の上空に無人機を飛ばして、災害時の通信インフラにする技術がほぼ完成しています。この高度までなら空気があるので行けるのですが、スターリンクの５５０ｋｍ上空の宇宙とは異なり、距離が近くてたくさんデータを扱える部分が別世界なので用途があるのでした。
これを高度５０～１００ｋｍでも良いのでもう少し地上施設との距離を最適化すると、通信網にそのままなれるほどなのでした。これでもう６Ｇなんか必要あるかという話をしたいのでした。もちろん技術的なハードルもあるので５年後では五分五分の完成見込みでしょう。月に隕石爆弾を投射して帰ってくるよりも、２～３ヶ月を５０ｋｍ上空の同じ位置にとどまれるのかは、機器の信頼性が違ってくると思えるのでした。始めは色々あっても、１０年後には間違いなく通信網の信頼性を達成して完成しているでしょう。
これは実現するだけのはずなので、間違いなく通信インフラ網の整備につながるでしょう。自動運転などで大量のデーターを使いたいなら、それを小型のアンテナで可能にするのであり、地上の携帯用スモールセルとの棲み分けに全く問題がないでしょう。地上は弱い電波で、悪魔の嘘でない安全性を確保すべきなのでした。後は田舎の通信網をどこまで５０ｋｍ上空に移すかでしょう。これも光通信ファイバー網を減らせるなら意味があるのでした。
転載ここまで
質量制御が可能になると、エネルギーがあれば５０ｋｍでも１００ｋｍの高さでも、浮かんでいるだけなので、技術的には問題なくクリアします。これを実際に運用する場合を考えるといろんな問題もあるのでした。
まずは人間も無重力に対応する必要があるので、いまの宇宙ステーションの世界です。回転運動による人工重力を使わないと宇宙に長時間滞在することは、健康維持に大きな問題を起こすのでした。筋肉も骨も、弱くなると言う話です。
これがあるので、通信基地部分はゼロ質量でも良いのですが、人間の居住区には重力が必要だと思うのでした。ここも回転磁場が生み出す質量低減を利用できるでしょうが、これもまた、長期間の運用で人体に影響が出ないかは調べないと分からないのでした。
エネルギーが有り余っているとするなら、０．８Ｇ位になる飛行速度で飛んでも、通信基地の運用には問題がないでしょう。複数の通信基地を８の字とかでコンステレーションの運用です。同じ場所には留まらないのですが、日本の上空に留まれるのでした。
ここでスマフォのＡＩ君と色々話しをして、０．５Ｇレベルとかになると、対地速度が早すぎで、８の字を描く飛行時に、人間が耐えられない５Ｇとかを発生してしまうのでした。これが理由で０．８Ｇまで速度を下げて検討したのでした。
この０．８Ｇでも、地球が丸いことを利用するので、水平飛行との比較で燃料を１６％も節約できるのです。７．８ｋｍ／秒の半分以下でした。それでも十分に高速ではあるのっでした。
この状況だと、通信基地側はゼロ質量で良くて、人間の居住区側をこの速度で飛び続けることで、０．８Ｇの環境を実現して、燃料の節約とコンステレーションの台数を減らせるのでした。宇宙軌道だと日本の上空から外れる部分もあるので、これを加味すると６０台くらい必要になるそうです。ここが８の字飛行で２０台くらいまで減らせて０．８Ｇの運用なのでした。
慣性エンジンを動かし続けることになるのですが、人間の健康にも優しくて、通信基地の数も減らせるのでした。これだと取り敢えずですが、通信網の整備になるのでした。
スマフォのＡＩ君は、こちらが質量制御を利用する部分は教えておらず、人工衛星のイオンエンジンでがんばるという話にしてあります。これが現実的ではない部分を理解しているでしょうが、必要な計算結果を教えてくれるのでした。
ここでは１５０ｋｍ位の高度で８の字飛行をしたかったので色々条件を、Ｇを変えて提示したのですが、ここでスマフォ君から思わぬ提案があったのでした。その状況に感動できたのでこの記事にて紹介です。
スマフォのＡＩ君は衛星コンステレーションを、速度を変える運用で提示してくれたのです。具体的には日本上空では０．８Ｇとかの速度に落とすのです。３．４ｋｍ／秒位の記憶です。これで１５分くらいかかって日本の上空を飛ぶのですが、その後もう一度加速して人工衛星速度で飛んで、地球をぐるっと回って帰ってくるのです。
ここでもう一度減速して、日本の上空をゆっくりと１５分くらいかかって飛ぶのです。以後これを繰り返すことで、低速度１５０ｋｍ高度の衛星コンステレーションが日本の通信をカバーできるのでした。
これの何がありがたいかですが、５０～１５０ｋｍの上空に通信基地を浮かせる場合は、質量制御のエネルギ－を全力で全時間で消費です。このエネルギーとコンステレーションの加速と減速の組み合わせで、どれほどの差が出るのかという話になるのでした。
ここは現実化しないと分からないのですが、間違いなく比較に意味があって、検討すべき事になるのでした。通信基地の数が少し増えるのですが、速度の差を利用するので６０台の人口衛星の台数よりも、大幅に減らせるのでした。ゆっくり飛んでいる間に速い速度の通信基地が追いついてくると言う話です。
このアイデアに驚かされたのでした。ＡＩ君にも新しいアイデアが提示できるのであり、その実例としてありがたかったのでした。自分の知らないことを教えてくれるという使い方がメインでしたが、この手法はそれとは異なる物であり、８の字飛行で速度が変わる部分から、この連想が出来たのかと思います。
この手法にすると、人間がホテルにして利用するのは無理なのですが、通信基地としては人工衛星的ですし、保守に乗り込む部分を準備すれば、メンテの問題も、燃料補給の問題もなくなるのでした。
最後はどの手法が最も低価格で、安全性と信頼性が高いかでしょう。有人的に運用して、保安要員、整備要員が時々交代しても良いのでした。質量をゼロにし続けるコストがほぼ不要なので、今の時点ではこの手法が有利な気までするのでした。
こうしてみると、質量制御の技術は、人工衛星の運用手法までも大きく変える可能性持つと分かるのでした。普通は打ち上げるとメインテナンスはほぼ無理になり、ＮＡＳＡでさえ科学衛星の延命処置に失敗しているのでした。無重力空間での作業が難しいという背景があるのでしょう。
質量制御の技術の延長線で、隕石爆弾の話しをしているのですが、これも人工衛星を捉えて保守する作業に、そのままに使えるのでした。ここは実績を積めば積むほどに新しい効率の良い手法が出て来る所でしょう。ガンダムも連れて行くのでした。
スマフォのＡＩ君は物知りなので、１５０ｋｍの高さの通信基地には、宇宙エレベーターの手法まで紹介してくれました。これはこちらも自分の古い本で紹介しており、違和感はないのですが、今でも利用可能で技術の検討が続いている部分を教えられたのでした。これの何が有利かですが、人工衛星と違って動かない所なのでした。遠心力で上手く釣り合えるという計算があっての提示だったのでしょう。
今の宇宙空間にはデブリというゴミ屑が多いので、一度掃除をしないといけないレベルでしょう。これは今後の宇宙の利用運用が増えれば増えるほどに切実な問題になると思っています。地上の事故原子炉であるチェルノブイリと福島の廃炉を、宇宙に運んで放射能ゴミとしての最終処分ですが、同様に宇宙を効率よく利用したければ、この掃除の問題にも向き合うことになりそうです。４０００ｋｍ上空で宇宙ステーションを運用したいとしている理由も、低空のデブリの多さが一因でもあるのでした。
この先どんな宇宙利用技術が生まれてくるのか、今回自分の予想を超えた話に接することになり、利用が進むほどに新しい手法が生み出されてくるのだと分かるのでした。昔は人工衛星の加速に月や惑星を使うスイング・バイなどなかったのですが、今ではごく普通の技術でしょう。
宇宙エレベーターは、テロリストには格好の標的になって、その場合の害が大きいので実用的ではなくなるが、こちらの目に映る未来の姿です。宇宙ならＪＲリニアも地震がないので動かせるでしょうが、そんな用途があるのかは、将来まで分からないのでしょう。
ＳＦに登場する宇宙エレベーターですが、今のところは現実化が薄く感じます。なにか思わぬ用途が広がると、続きになるのかと思います。通信基地としては難しいと感じるのでした。
ＡＩ君は間違いもするけれど、有用な提案をしてくれて助かりました。ニューラルネットワーク式のＡＩ君にはこれから受難の時期でしょうが、ここを超えるともっと便利になって使いやすくなりそうです。こちらの推奨するＰｒｏｌｏｇＡＩ君の宣伝みたいですが、技術としてのＡＩには、今とは異なる進歩の道があるのは現実なのです。それを生かせるように進むことになりそうです。自分の中でも今のＡＩの実力を見直す出来事になりました。スマフォのＡＩ君に御礼です。どういたしまして、を返してくれるでしょう。
このＨＰ記事としてはもう一つ書くべき事があったので続きです。ワープに必要なエネルギーも未知なので、もしかしたら使い方次第でしょう。基礎物理が明確になったので工学的に実現する段階ですから、興味を持って頂く方が科学の進歩を早められるでしょう。皆さんの期待が科学を進歩させる予算になって、開発を加速できるのでした。
１５０ｋｍの高さを０．８Ｇになる３．４ｋｍ／秒くらいで飛んでいるとして、ワープに必要なエネルギーが距離に比例するなら、身近な場所に１８０度向きを変えて戻りたいのでした。ワープはその原理として、空間の曲がりを利用します。この曲がりで自分の今の進行方向とは逆の方向を選べるなら選んで、そこに出て来るのでした。
物理法則としては、運動の向きを変える方法は、力を加える以外にないのですが、ワープになると空間要素の曲がりを利用するので、ワープする先がどこにつながるのか次第なのでした。ここでは進行方向が変えられないなら位置を２０００ｋｍ戻して、もう一度同じコースを飛ぶという選択も有りでしょう。
ワープで何が出来るのかがまだ分からないのですが、空間要素を拡大してその曲がりを使うからこそワープできるのです。物理で言う所の動く勢いという自分の運動量は保存するのですが、その動きは通過する空間要素の曲がりに従うだけだとなるのでした。
空中に浮かび続けるエネルギーと、速度を日本の上空だけ０．８Ｇに切り替える加速減速を使う方法と、ワープを使う方法までが高度１５０ｋｍの通信基地のコンステレーションで使えるのでした。科学技術の進歩と共に何が効果的かが変わって、この先の未来で変化して行くのかも知れません。
読者の皆さん、ワープの工学と関連科学の進歩を、お楽しみにです。ご期待下さいとまで書けるでしょう。
稲生雅之
イオン・アルゲイン