アインシュタイン・エレベーター
ドイツの微小重力研究施設
アインシュタイン・エレベータービルの塔状の部分

アインシュタイン・エレベーターは、無重力環境下での地上実験のための研究プラットフォームです。他の落下塔とは異なり、実験容器のみが真空にされ、塔自体は真空にされないため、大幅に高い繰り返し率を実現できます。[1]さらに、機械式ガイドにより、自由落下よりも低い回転運動を実現しています。アインシュタイン・エレベーター内でのカプセルの初飛行は2019年10月に行われ、研究運用は2020年に開始されました。[2]この施設は、ライプニッツ・ハノーバー大学ハノーバー工科大学[3]の一部です。

理論

アインシュタイン・エレベーターの理論的根拠は、アルバート・アインシュタインの等価原理に関する思考実験であり、そのためアインシュタイン・エレベーターと呼ばれています。この原理は、閉ざされた部屋にいる観測者は、例えば部屋が地球の重力場にあり重力加速度を受けているのか、それとも宇宙空間で加速を受けているのかを実験的に証明することはできないというものです。同様に、観測者は部屋が宇宙空間で無重力状態にあるのか、それとも地球の重力場の中で自由落下状態にあるのかを証明することはできません。 [4]

コンセプトとデザイン

ドロップカプセル

ブレーメン落下塔のような古典的な落下塔では、実験物は落下カプセルに入れられた大きな真空管に落とされるか、カタパルトで打ち上げられる。アインシュタイン・エレベーターは古典的な落下塔の改良版であり、塔の管全体が真空室として機能しない。その代わりに、実験台が設置される小さな真空室、いわゆるゴンドラ内で真空が発生する。ゴンドラはリニアモーターによって重力加速度で垂直方向に加速される。この動きはほぼ自由落下に相当する。したがって、ゴンドラ内の実験物は無重力である。ゴンドラとの機械的な接続なしに4秒間自由落下することができる。[1] [5]

通常の落下塔とは異なり、塔全体ではなくゴンドラのみを避難させる必要があるため、1日あたり最大300回の試行が繰り返されることになります。[1] [5] [6]

デザイン

アインシュタイン・エレベーターの塔の設計は、リニアモーターの駆動ガイド用の内部支持構造とゴンドラガイド用の外部支持構造から構成されています。これは、エレベーターシステムで使用されるような電動駆動装置やローラーガイドが常に振動を発生するためです。このタワーインタワー設計は、これらの妨害要因がゴンドラ内の実験に影響を与えないようにするためのものです。[7]アインシュタイン・エレベーターでは、自由落下条件は20mの距離で満たされ、無重力状態は約4秒間続きます。実験に使用可能なペイロードは最大1,000kgで、試験キャリアの直径は1.7m、実験装置の高さは2mです。[1] [5] [6] [8]

手順

実験では、まずゴンドラを重力加速度の5倍の速度で上向きに加速し、約20 m/sの速度に達するまで加速する。 この加速にはリニアモータが用いられる。加速段階の後、ゴンドラは重力加速度よりわずかに大きい速度で短時間下向きに加速され、実験体がゴンドラの床から離れる。その後、ゴンドラは重力加速度で可能な限り正確に下向きに加速される。このために、リニアモータはゴンドラガイドにおけるゴンドラの空気抵抗と転がり抵抗を補正する。実験体は最大10 −6  gの残留加速度を受ける。[9] [10]自由落下終了直前に、ゴンドラは重力加速度よりわずかに小さい速度で下向きに動かされ、実験体が制御された状態で再びゴンドラに着地する。その後、ゴンドラは渦電流ブレーキの助けを借りて停止する。[1] [5] [8]

建物

アインシュタイン・エレベーターを備えたHITec研究棟、2019年
アインシュタインエレベーター内部の支持構造

アインシュタイン・エレベーターは、新しいHITecビルの別の部分に設置されており、2015年初頭に礎石が据えられ[11]、2016年半ばに上棟式が行われた[12] 。研究棟の完成は2017年末の予定である[13]。建物の塔状の部分は地上約30メートル、全体の高さは約40メートルである。地下の最下層は地上約10メートル下にある。構造物のコンクリートシェルは、HITecビルの他の部分から機械的に分離されており、これは繊細な研究室への干渉を防ぐことを目的としている。[5] [8]

研究

HITecの研究は、量子物理学、光学、センサー 技術、固体物理学、測地学に重点を置いています。量子技術分野における基礎研究に加え、HITecの研究プロジェクトは、新たな量子技術の開発と、高精度・高感度の新しい量子センサーの実現を目指しています。[14]これらの新技術の試験には、アインシュタイン・エレベーターが使用されます。1日あたり300回という高い繰り返し率により、アインシュタイン・エレベーターでは統計的・定量的な実験を行うことができます。[1] [5] [6] [8]

宇宙での使用を目的とした生産技術の分野が、更なる研究重点分野として追加されました。ライプニッツ大学ハノーバー校の参加機械工学研究所の経験に基づき、現在様々なテーマが研究されています。これらのプロジェクトは主に、重力が生産プロセスに与える影響に焦点を当てています。特にレーザー堆積溶接と材料のハンドリングに焦点を当てています。[15]その他のテーマとしては、様々な重力条件下での光学レンズの製造[16] [17]や、無重力下での超音波場を用いた基板フリー積層造形[18]などが挙げられます。

参考文献

  1. ^ abcdef ラウドニス、マティアス;ルーラ、アルバート。マイスター、マティアス;ロッツ、クリストフ。オーバーマイヤー、ルドガー。ヘルマン、スヴェン。ギーセ、アンドレアス。クラウス、レンマーツァール。ビグロー、ニコラス P;ラッハマン、マイケ。ピエスト、バプテスト。ガールール、ナクール。ラゼル、エルンストM;シューベルト、クリスチャン。そうだ、ワルデマール (2023-08-10)。 「低温原子実験用微小重力施設」。量子科学技術。8 (4): 044001。ビブコード:2023QS&T....8d4001R。土井：10.1088/2058-9565/ace1a3。ISSN  2058-9565。
  2. ^ 初飛行 - アインシュタイン・エレベーターの初打ち上げ成功、HITecのプレスリリース（英語）
  3. ^ “ホームページ – HITec – ハノーバー工科大学 – ハノーバー・ライプニッツ大学”.ハノーバー・ライプニッツ大学。 2025-09-08 。2025-09-16に取得。
  4. ^ アインシュタイン、アルバート（2006年）『相対性理論の意味』ラウトレッジ・クラシックス（復刻版）ロンドン：ラウトレッジISBN 978-0-415-28588-9。
  5. ^ abcdef ロッツ, クリストフ; フロベセ, トビアス; ワーナー, アレクサンダー; オーバーマイヤー, ルドガー; エルトマー, ヴォルフガング (2020-07-21). 「アインシュタイン・エレベーター：μgから5gまでの研究のための新施設」.重力宇宙研究. 5 (2): 11– 27. doi :10.2478/gsr-2017-0007.
  6. ^ abc 「アインシュタインエレベーター – HITec – ハノーバー工科大学」.ハノーバー・ライプニッツ大学。2025 年 8 月 21 日に取得。
  7. ^ ロッツ、C.;ケンパー、T.ベルリン、H. Overmeyer, L.:アインシュタインエレベーターにおける微小重力下での実験のための革新的なドライブおよびガイドコンセプト:第 1 回自動化システムおよび技術シンポジウム (AST)、Berichte aus dem ITA Band 4/2014、p. 1-12、ガーブセン、2014 年、ISBN 978-3-944586-84-7（「アインシュタイン・エレベーターにおける微小重力実験のための革新的な駆動・誘導コンセプト」（PDF） 。 2016年7月20日にオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2025年8月22日に閲覧。）
  8. ^ abcd ロッツ、クリストフ (2022). 「アインシュタイン・エレベーターにおける微小重力実験を可能にする実験」。Institutionelles Repositorium der Leibniz Universität Hannover (ドイツ語)。技術情報図書館 (TIB)。土井：10.15488/11713。
  9. ^ Lotz, Christoph; Overmeyer, Ludger (2013-10-16). 「アインシュタイン・エレベーターの自由落下段階における最小残留加速度の実現可能性を検証するための機械シミュレーションモデル」Logistics Journal: Proceedings (9). doi :10.2195/lj_Proc_lotz_de_201310_01 . 2025年9月16日閲覧– proc.logistics-journal.deより。
  10. ^ ロッツ、C.; Overmeyer, L: Mechanische Ersatzmodelle zum Nachweis der Realisierbarkeit minimumer Restbeschleunigungen während der Freifallphase im Einstein-Elevator In: Logistics Journal Vol. 2016 2013、p. 199–208、土井：https://doi.org/10.2195/lj_Proc_lotz_de_201310_01。
  11. ^ “HITec - HITec für Hannover”. 2016年7月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。2025年8月22日閲覧。2015年2月2日のHITecのメモとして
  12. ^ “HITec - Forschungsneubau HITec feiert Richtfest”. 2016 年 7 月 26 日のオリジナルからアーカイブ。2025 年8 月 22 日に取得。2016年7月13日のHITecのメモとして
  13. ^ Hannoversche Allgemeine Zeitung、2016 年 6 月 23 日、Richtfest für 34-Millionen-Euro-Forschungszentrum。
  14. ^ Wissenschaftsrat: Empfehlungen zur Förderung von Forschungsbauten (2012)、S. 43–47、ケルン 2011 (オンライン)
  15. ^ Overmeyer, Ludger; Raupert, Marvin; Pusch, Matthias; Griemsmann, Tjorben; Katterfeld, André; Lotz, Christoph (2025)「微小重力下および月面重力下におけるレーザー粉末指向性エネルギー堆積および基板フリー単層粉末ベッド融合」、CIRP Annals、第74巻、第1号、pp.  297– 301、doi :10.1016/j.cirp.2025.03.031 、 2025年8月21日取得
  16. ^ Fütterer, Laura; Evertz, Andreas; Galati, Marco-Nicolas; Overmeyer, Ludger; Lotz, Christoph (2025-07-21)「調整可能な重力下でのマイクロレンズの分配」、Optical Engineering、vol. 64、no. 7、doi :10.1117/1.OE.64.7.075103、ISSN  0091-3286 、 2025年8月21日取得
  17. ^ Fütterer, Laura; Galati, Marco-Nicolas; Reitz, Birger; Overmeyer, Ludger; Lotz, Christoph (2024-12-01)「光学レンズ製造における重力の影響：地球および微小重力実験における最初の内部」、Journal of Manufacturing Science and Engineering、vol. 146、no. 12、doi :10.1115/1.4066697、ISSN  1087-1357、2025-08-21取得
  18. ^ Raffel, Jan; Böhm, Torben; Düsing, Jan; Röhl, Marvin; Schilde, Carsten; Malshe, Ajay P.; Overmeyer, Ludger; Lotz, Christoph (2024-12-01)「宇宙での製造プロセスにおけるハンドリングツールとしての超音波浮遊」『Journal of Manufacturing Science and Engineering』第146巻第12号、doi :10.1115/1.4066335、ISSN  1087-1357 、 2025年8月21日取得
  • 公式サイト

北緯52度23分17秒 東経9度42分45秒 / 北緯52.3880度 東経9.7124度 / 52.3880; 9.7124

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