恒星間旅行は可能でしょうか? どのような技術が恒星間旅行を可能にするのでしょうか?

恒星間旅行は人類の永遠の夢ですが、既存の技術と技術力では恒星間旅行を実現するのに十分ではないことは誰もが知っています。結局のところ、人類の最速速度は宇宙の3番目の速度にすぎません。人類に最も近い恒星であるプロキシマ・ケンタウリに光速で到達するには4.2年かかります。さらに、化学推進剤を使用した有人宇宙船が飛行するには数万年かかります。ここでは、どのような技術が恒星間旅行を可能にするのかを皆さんにご紹介します。

何かを非常に速いと表現するときは、ロケットを比喩として使うことがよくあります。たとえば、「XXX はロケットと同じくらい速い」などです。

実際、一般的なロケットの軌道速度は毎秒7.6キロメートルで、最高速度は毎秒10.8キロメートルに達します。

この速度はゴルフのショットの速度の少なくとも 126 倍です。

少なくとも弾丸の7倍の速度。

これは、史上最速の飛行機であるノースアメリカン X-15 ロケット推進飛行機の少なくとも 3.7 倍の速さですが、光の速度と比べると、カメと同じくらい遅いです。両者の違いは4万倍！

結局のところ、人間はしばしば光年単位の宇宙的スケールに直面するのです。

宇宙において人間が活動できる空間がいかに狭いかを知る必要があります。

最も遠くまで飛んだ有人宇宙船であるボイジャー1号は、今年8月26日には地球から139AU、つまり2.08 × 10^10キロメートルの距離にいました。しかし、1光年（946 × 10^10キロメートル）と比較すると、わずか1/473です。

ご存知のとおり、ボイジャー 1 号は 39 年 + 11 か月 + 21 日間飛行し続けています。

したがって、既存の人間が作った航空機の速度を突破することは、何世代にもわたって人々が追い求めてきた夢であると言えます。

航空宇宙力学の専門家が結論付けたように、現在の化学推進ロケットはほぼ枯渇し、その速度はほぼ限界に達しています。既存の化学推進を超えることによってのみ、SF レベルの宇宙速度を達成できます。

以下では、より現実に近く、より信頼性の高い将来の星間宇宙船と、その背後にある超推進技術をいくつか紹介します。

熱核推進

熱核動力宇宙船の構想は、世界最古の宇宙探査研究機関である英国惑星協会によって、1973年に早くも研究プロジェクトとして正式に開始されました。

推進原理は実際には太陽の燃焼に似ており、どちらも熱核融合を利用して膨大なエネルギーを生成します。

熱核発電の鍵となるのは制御核融合技術であり、現在、超音波核融合、レーザー閉じ込め（慣性閉じ込め）核融合、磁気閉じ込め核融合（トカマク）の3つの主要な種類があります。

レーザー閉じ込めと磁気閉じ込めが主な方向性であり、米国エネルギー省は核融合の開発にレーザー閉じ込めに重点を置いています。

中国、欧州連合、米国、日本、ロシアなどの国が共同で160億ユーロを投資し、磁気閉じ込めに重点を置いた世界最大の実験用磁気閉じ込め核融合炉ITERを建設しており、2019年に完成する予定である。

英国惑星間協会の研究報告によると、人類が熱核推進技術を習得すれば、宇宙船は光速の30分の1にあたる秒速1万キロメートル以上の宇宙速度に到達できるようになり、光速に近づくことになるという。

レーザープラズマ推進

レーザー宇宙船はパルスレーザー推進宇宙船とも呼ばれ、高速で繰り返される高エネルギーのパルスレーザービームを使用して推進剤を加熱します。つまり、作業媒体は安定して加熱されるのではなく、一連の巨大なパルス爆発波を生成します。

推進剤がレーザー集束領域に流れ込むと、急速に加熱されてイオン化し、高温プラズマとなって急速に膨張し、レーザー支援爆発波を形成し、それが超音速ノズルから噴射されて推力を生み出します。

レーザー宇宙船の技術が成熟すれば、理論上の速度は光速の約1％、つまり秒速3,000キロメートルになると報告されている。

アメリカとソビエト連邦は1970年代初頭からこの技術の開発を始めました。最新のブレークスルーは2000年で、アメリカのライトクラフト・テクノロジーズ社が直径12.2センチ、重さ50グラムのレーザー宇宙船のプロトタイプを高度71メートルまで打ち上げ、12.7秒間飛行した。

これは、レーザー宇宙船としてはこれまでで最長飛行時間、最高飛行高度、最重量の宇宙船記録であり、その意義はライト兄弟が初めて飛行機を青空に飛ばしたときと同等である。

ライトセイル

ソーラーセイルとも呼ばれ、巨大な薄膜レンズを使用し、太陽光の放射圧を宇宙船の推進力として利用します。

光帆の概念は、17 世紀にドイツの天文学者ケプラーによって初めて提案されました。

2010年、日本は宇宙探査機「イカロス」の試験版を打ち上げた。 「IKAROS」は「Solar Accelerated Interstellar Kite（太陽加速型星間凧）」の略称で、蝋の翼を使って太陽に向かって飛ぼうとしたが、結局は水中に落ちて死んでしまったギリシャ神話の悲劇の人物、イカロスにも由来している。宇宙航空研究開発機構（JAXA）が開発した世界初のソーラーセイル駆動探査機である。

英国惑星協会が開発したライトセイル2号は、2018年にスペースX社によって試験のために宇宙に打ち上げられる予定だ。

バサード ラムジェット

バサード・ラムジェット推進宇宙船としても知られるこの宇宙船は、1960年代にアメリカの物理学者バサードが考案した将来の航空宇宙推進技術です。このスラスタは、巨大な電磁場（数万平方キロメートル）を漏斗として利用し、星間物質（宇宙の通常の物質の75％は水素であるため）内の水素を核融合を引き起こすのに十分な量まで収集して圧縮し、その反力によって宇宙船を前進させる核融合ラムジェットエンジンです。

ブサードの推論によれば、この星間ガスラムジェット推進宇宙船の最大推進速度は秒速100キロメートルを超えないだろう。飛行速度は速くないが、耐久力が非常に長く優れているため、恒星間飛行に適しています。

電磁駆動宇宙船 EmDrive

電磁駆動の原理は、1999 年にイギリスのエンジニアであるロジャー・ソーヤーによって初めて提案されました。

電磁駆動の原理は、尖端のない円錐形の空洞内で、太陽光エネルギーの供給により大量の電磁マイクロ波を発生させ、円錐形の空洞内で高密度の往復反射を形成し、円錐形の空洞の両端の厚さの違いによって形成される推力差を利用して巨大な推力を発生させ、航空機を飛行させるというものです。これは、化学燃料の推進剤を必要とせずに密閉容器内で推進力を生み出すことに相当し、科学的には流体フリー推進として知られています。

2016年12月10日、中国宇宙技術研究院は、天宮2号で電磁駆動技術の試験に成功したという刺激的な科学研究成果を発表したと言われています。これは、この魔法の駆動技術の原理検証が実現可能で信頼できるだけでなく、できるだけ早く開発され、最初に衛星の推進駆動に適用されることを意味します。

NASAがこの技術を10年かけて開発してきたことは知っておくべきだろう。NASAと電磁駆動技術で協力してきたアメリカの企業、Cannae Driveは、宇宙検証を行う前に2018年に6Uキューブ衛星を打ち上げる予定だ。中国はこの点でアメリカの技術を上回り、神レベルのエンジンである電磁駆動の宇宙スラスタを最初に生産する可能性が高い。

反物質

物質と反物質が出会うと、対消滅が起こり、質量が完全にエネルギーに変換されるため、最大のエネルギー効率が達成されます。反物質エンジンの単位出力は、従来の燃料の何兆倍、核エネルギーの何千倍にもなると計算されており、反物質駆動は、人々が長年夢見てきた神レベルの推進技術です。

しかし、反物質を人工的に生成する現在の方法は、加速した粒子を固定された標的に衝突させて反粒子を生成し、その後減速させて合成するという方法しかできない。

このプロセスに必要なエネルギーは消滅によって放出されるエネルギーよりもはるかに大きく、反物質の生成率は極めて低いため、まだ経済的価値はありません。さらに、反物質と物質は出会うと消滅してしまうため、これも保存上の大きな問題となります。

しかし、反物質エンジンの研究開発は中断されたことは一度もありません。最近では、フェルミ国立加速器研究所で働いていたアメリカの物理学者レアード・ジャクソンが反動スターターを発明し、反物質スラスターのテストを行っています。

さらに、一部の研究者は、空間曲率駆動型宇宙船など、よりSF的な宇宙船推進技術を研究しています。

『スタートレック』のワープドライブや『三体』の曲率エンジンのように、このタイプの宇宙船は前方の空間を収縮させ、後方の空間を拡張することで高速で移動します。あまりにも神秘的に思えますが、アインシュタインの場の方程式によって確立された一連の時空測定基準に完全に準拠しているため、理論的には実現可能です。

これらの SF テクノロジーのいずれかが画期的な成功を収めるとしたら、それは何を意味するのでしょうか?

私の考えでは、これは人類文明の第二のルネサンスと人類社会の根本的な前進をもたらすでしょう。

なぜなら、近い将来、地球規模のエネルギー問題から遠い将来、宇宙移住や恒星間植民地化に至るまで、徹底的なエネルギー革命が本質的に必要であり、それは既存のエネルギー技術と航空宇宙推進技術を根本的にアップグレードすることによってのみ達成できるからです。そして、未来の技術を搭載したこれらの宇宙船は、人類が到達できる最大の希望を持つ最先端の技術です。

どのタイプの宇宙船が人間に最も適していると思いますか?