スタンフォードトーラス
スタンフォード・トーラスは、 NASAが提案した1万人の永住者を収容できる宇宙居住地の設計である[ 1 ] 。 [ 2 ]これは回転する車輪を持つ宇宙ステーションの一種で、直径約1.8km（1.1マイル）のリングで構成されており、その回転によって約1.0gの人工重力を生み出す。[ 3 ]
コンセプトの歴史
スタンフォード・トーラスは、1975年にNASAがスタンフォード大学で行った夏季研究[ 1 ]で提案された。この研究は将来の宇宙コロニーの設計を検討・考察することを目的としており、その結論と詳細な提案は1977年にリチャード・D・ジョンソンとチャールズ・H・ホルブロー著『 Space Settlements: A Design Study 』に掲載された[ 4 ]（ジェラルド・オニールは後に、トーラスの代替としてアイランド・ワンまたはベルナル球を提案した[ 5 ]）。「スタンフォード・トーラス」とは、この特定の設計バージョンのみを指す。リング状の回転宇宙ステーションという概念は、コンスタンチン・ツィオルコフスキー（「Bublik-City」、1903年）[ 6 ] 、ヘルマン・ポトチニク（1923年）[ 7 ]、ヴェルナー・フォン・ブラウン（ 1952年）[ 8 ]などによって以前に提案されていた。
デザイン
スタンフォード・トーラス（1975年夏季研究で提案された1万人居住地の構想で、他の回転式車輪付き宇宙ステーションの設計とは区別される）は、直径1.8km（1.1マイル）のドーナツ型のトーラスリングで構成され、1分間に1回転して、遠心力によって外側のリングの内側に0.9gから1.0gの人工重力を与える。[ 9 ]
太陽光は、回転しない大型の主太陽鏡を含む鏡のシステムによってトーラス内部に供給されます。 [ 10 ]
リングは多数の「スポーク」を介してハブに接続されており、スポークはハブとの間で人や物資を輸送する導管として機能します。ハブはステーションの回転軸上にあるため、人工重力の影響が最も少なく、宇宙船のドッキングが最も容易な場所です。無重力産業は、ハブの軸に接続された非回転モジュールで行われます。[ 11 ]
トーラスの内部空間は居住空間として利用されており、「自然」環境をシミュレートできるほど広大です。トーラスは、両端が上向きにカーブし、最終的に頭上で合流して完全な円を形成する、細長くまっすぐな氷河谷のように見えます。人口密度は密集した郊外に似ており、リングの一部は農業に、一部は住宅に利用されています。[ 11 ]
スタンフォード・トーラスの設計は、単一の孤立した宇宙居住地としてではなく、宇宙植民地化システムの一部として構想された。コロニーに住む人々の一部は、衛星太陽光発電所や新たなコロニーの建設に従事し、居住地は自己複製能力を備え、最終的には複数のスタンフォード・トーラスからなる完全なシステムが構築される予定だった。[ 12 ] [ 13 ]
選択された形状
1975年のNASAサマースタディでは、宇宙居住施設の設計について、球形や円筒形、そしてトーラス型など、複数の選択肢が検討されました。トーラス型は、同じ面積と回転半径に必要な質量を最小限に抑えられるという理由など、様々な理由から最良の選択肢として選ばれました。[ 3 ]
一般的な特徴
- 場所: 地球–月L5 ラグランジュ点。
- 人口: 10,000人。
- 総質量: 1,000 万メートルトン (980 万長トン、1,100 万ショートトン) (放射線シールド (総質量の 95%)、居住区、大気を含む)。
- 直径: 1,790 m (1.11 マイル)。
- 周囲長: 5,623.45 m (3.49 マイル)。
- 回転: 1分間に1回転。
- 温度: 23 ± 8 °C (73 ± 14 °F)
- 放射線シールド（非回転）：厚さ1.7メートル（5.6フィート）の未処理の月面土。[ 3 ]
コンポーネント
- 直径 130 メートル (430 フィート) の居住チューブ (トーラス本体)。表面の 2/3 はアルミニウム板で構成され、残りの 1/3 はアルミニウムのリブに取り付けられたガラス窓で埋められており、トーラス内部に太陽光が入るようになっています。
- 太陽光を中央ハブに向ける、回転しないメインミラー。
- 直径130メートル（430フィート）の中央ハブ。中央ハブの周囲に配置された二次鏡が太陽光を居住チューブへと導きます。
- 中央ハブの南極に接続された、直径100メートル（330フィート）の加工球（非回転） 。太陽炉と居住空間のラジエーターにも接続されています。
- 中央ハブの北極に接続されたドッキングモジュール（非回転）。直径 15 m（49 フィート）、長さ 60 m（200 フィート）。
- スポーク：直径15メートル（49フィート）の6本のスポークで、中央ハブと居住チューブを繋いでいる。スポークにはエレベーター、電力ケーブル、そしてトーラスとハブ間の熱交換パイプが設置されている。[ 3 ]
面積と容積の割り当て
トーラス本体の円周（全長約5,600メートル（18,400フィート））は、等しい長さの6つのセクションに分割されます。セクションのうち3つは農業に使用され、残りの3つは住宅として使用されます。農業セクションと住宅セクションは交互に配置されます。中央平原はトーラスの全長にわたって走ります。スペースを節約するために、建物はトーラスの湾曲した壁の上に段々に建てられ、多くの商業施設（大型店舗、軽工業、機械施設など）は中央平原のレベルより下になります。研究に含まれる数値によると、平原の床はトーラスの底からチューブの直径の約1/4になり、各スポークは6つのセクションのいずれかの中心に接続されます。[ 3 ]
非農業用途
| 使用[ 3 ] | 利用土地面積 | レベル数 | 総使用可能面積[注1 ] | レベルあたりの高さ | 音量 | 注記 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 居住の | 120,000 m 2 (1,300,000平方フィート) | 4 | 490,000 m 2 (5,300,000平方フィート) | 3メートル（9.8フィート） | 1,470,000 m 3 (5,2000,000 立方フィート) | 居住ユニット（37平方メートル（400平方フィート）/人）、プライベートな外部空間、歩行者用アクセススペース（外部空間合計12平方メートル/人）を含む。モジュール式住宅は、1階または2階建ての集合住宅、4階または5階建ての集合住宅、そしてトーラスを貫く中央平野の縁を活かしたテラスハウスなど、多様な形態に対応可能。 |
| ショップ | 10,000 m 2 (110,000平方フィート) | 2 | 23,000 m 2 (250,000平方フィート) | 4メートル（13フィート） | 92,000 m 3 (3,200,000 cu ft) | 研究の著者らは、1000人あたり10店舗という推奨に基づいて空間利用を決定した。 |
| オフィス | 3,300 m 2 (36,000平方フィート) | 3 | 10,000 m 2 (110,000平方フィート) | 4メートル（13フィート） | 40,000 m 3 (1,400,000 cu ft) | |
| 学校 | 3,000 m 2 (32,000平方フィート) | 3 | 10,000 m 2 (110,000平方フィート) | 3.8メートル（12フィート） | 38,000 m 3 (1,300,000 cu ft) | コミュニティマルチメディアセンター付き。研究の著者らは、学生人口が総人口の10%を占める場合のスペース利用を計算した。 |
| 病院 | 3,000 m 2 (32,000平方フィート) | 1 | 3,000 m 2 (32,000平方フィート) | 5メートル（16フィート） | 15,000 m 3 (530,000 cu ft) | 必要な設備をすべて備えた50床の病院 |
| 集会（教会、公民館、劇場） | 15,000 m 2 (160,000平方フィート) | 1 | 15,000 m 2 (160,000平方フィート) | 10メートル（33フィート） | 150,000 m 3 (5,300,000 cu ft) | |
| レクリエーションと娯楽 | 10,000 m 2 (110,000平方フィート) | 1 | 10,000 m 2 (110,000平方フィート) | 3メートル（9.8フィート） | 30,000 m 3 (1,100,000 cu ft) | 屋内アクティビティやレストランを含むすべての商業娯楽 |
| 公共のオープンスペース | 100,000 m 2 (1,100,000平方フィート) | 1 | 100,000 m 2 (1,100,000平方フィート) | 50メートル（160フィート） | 5,000,000 m 3 (180,000,000 立方フィート) | 公園、動物園、屋外レクリエーション（水泳、ゴルフ、遊び場） |
| サービス業 | 20,000 m 2 (220,000平方フィート) | 2 | 40,000 m 2 (430,000平方フィート) | 6メートル（20フィート） | 240,000 m 3 (8,500,000 cu ft) | 身の回り品、家具、手工芸品等の軽工業。 |
| ストレージ | 10,000 m 2 (110,000平方フィート) | 4 | 50,000 m 2 (540,000平方フィート) | 3.2メートル（10フィート） | 160,000 m 3 (5,700,000 cu ft) | 卸売と保管 |
| 交通機関 | 120,000 m 2 (1,300,000平方フィート) | 1 | 120,000 m 2 (1,300,000平方フィート) | 6メートル（20フィート） | 720,000 m 3 (25,000,000 立方フィート) | 標準的な道路幅は15メートル（49フィート）。中央平野の端に位置するトーラスを囲む環状道路。動く歩道、モノレール、ミニバスからなる公共交通機関。 |
| 通信交換機（2800世帯分） | 500平方メートル（ 5,400平方フィート） | 1 | 500平方メートル（ 5,400平方フィート） | 4メートル（13フィート） | 2,000 m 3 (71,000 cu ft) | 通信および電話配布 |
| 廃棄物と水の処理とリサイクル | 40,000 m 2 (430,000平方フィート) | 1 | 40,000 m 2 (430,000平方フィート) | 4メートル（13フィート） | 160,000 m 3 (5,700,000 cu ft) | 給水、返送・リサイクル、下水処理を含む |
| 電力供給と配電 | 1,000 m 2 (11,000平方フィート) | 1 | 1,000 m 2 (11,000平方フィート) | 4メートル（13フィート） | 4,000 m 3 (140,000 cu ft) | 変電所を含む |
| その他 | 10,000 m 2 (110,000平方フィート) | 2 | 29,000 m 2 (310,000平方フィート) | 3.8メートル（12フィート） | 112,000 m 3 (4,000,000 cu ft) | |
| 合計 | 466,000 m 2 (5,020,000平方フィート) | - | 942,000 m 2 (10,140,000平方フィート) | - | 8,233,000 m 3 (290,700,000 立方フィート) |
農業用途
| 使用[ 3 ] | 利用土地面積 | レベル数 | 総使用可能面積[注1 ] | レベルあたりの高さ | 音量 | 注記 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 植物栽培地域 | 147,000 m 2 (1,580,000平方フィート) | 3 | 440,000 m 2 (4,700,000平方フィート) | 15メートル（49フィート） | 6,600,000 m 3 (230,000,000 立方フィート) | 作物のリスト:
コロニー内の3つの農業エリアでは、それぞれ同じ作物が栽培されています。生産された植物の一部は家畜の飼料として利用され、ソルガムは砂糖の原料として利用されています。果樹は公園や住宅地で栽培されており、1人あたり1日250グラム（8.8オンス）の果実を収穫できるほか、観賞用としても利用されています。 |
| 動物エリア | 17,000 m 2 (180,000平方フィート) | 3 | 50,000 m 2 (540,000平方フィート) | 15メートル（49フィート） | 750,000 m 3 (26,000,000 立方フィート) | 安定した動物の群れ:
3つの農業セクションはそれぞれ、各種の動物の約3分の1を飼育しています。他の動物でこれらの数の一部を代替できる柔軟性が認められています（例えば、豚の飼育面積はウサギと牛の飼育面積の中間程度になります）。 |
| 食品の加工、収集、保管等 | 13,000 m 2 (140,000平方フィート) | 3 | 40,000 m 2 (430,000平方フィート) | 15メートル（49フィート） | 600,000 m 3 (21,000,000 立方フィート) | |
| 農業乾燥場 | 27,000 m 2 (290,000平方フィート) | 3 | 80,000 m 2 (860,000平方フィート) | 15メートル（49フィート） | 1,200,000 m 3 (4,2000,000 立方フィート) |
合計
| 利用土地面積 | 総使用可能面積 | 音量 | 注釈[ 3 ] |
|---|---|---|---|
| 670,000 m 2 (7,200,000平方フィート) | 1,552,000 m 2 (16,710,000平方フィート) | 17,383,000 m 3 (613,900,000 立方フィート) | トーラスの利用可能な678,000 m 2 (7,300,000平方フィート) の土地面積と69,000,000 m 3 (2.4 × 10 9 立方フィート) の容積のうち、実際に使用されているのはほんの一部です。土地面積の合計は、トーラスの中心における長さ (5,215 m (17,110 フィート)) と、同じ点の幅 (130 m (430 フィート)) を掛け合わせた値です。 |
工事
トーラスには約1,000万トン（980万長トン、1,100万短トン）の質量が必要となる。建設には、月から採取された物質を質量加速器を用いて宇宙に送り込む。L2のマスキャッチャーがこれらの物質を回収し、L5に輸送する。そこで工業施設で処理され、トーラスが建設される。月から採取できない物質のみ、地球から輸入する必要がある。小惑星採掘は代替的な物質源となる。[ 14 ]
世界の船の提案
2012年の論文「World Ships – Architectures & Feasibility Revisited」では、スタンフォード・トーラスをベースとした世代宇宙船（ワールドシップとも呼ばれる）が提案されました。スタンフォード・トーラスは、生命維持システムや壁の厚さといった詳細な設計が評価され、オニールのコロニー設計よりも選ばれました。
4 つのスタンフォード トーラス コロニーが積み重ねられ、各コロニーの人口は 25,000 人 (元のスタンフォード トーラスの人口 10,000 人より多いが、元の全体的な設計と寸法は維持され、質量はほぼ同じで、10% のみ増加して 1,100 万トンになる)、合計人口は 100,000 人となり、この論文で世界船として検討されている最小人口規模となる。
推進システムには、ダイダロス計画で設計されたシステムの大型版が採用されました。質量約50万トンのダイダロスベースの単一システムが、4つのトーラスの中央に取り付けられます。ダイダロスは、発電（オリジナルのスタンフォード・トーラスで使用されていた太陽エネルギーは、宇宙船が航行する星間物質では利用できません）や、星間塵の衝突からトーラスを保護するダストシールドなどの追加機能も備えています。
この世界船には、故障が壊滅的な影響を及ぼすのを防ぐために、完全に自動化された故障検出および自己修復システムも必要となるだろう。[ 15 ]
ギャラリー
スタンフォードトーラス構成- スタンフォードトーラス構造の断面
- トーラス建設のための輸送システム（1975年）
- 相互接続されたボラまたはダンベルから広がるトーラス
- マスドライバー（地平線に向かって伸びる長い構造物）を備えたNASAの月面基地のコンセプト
- スタンフォード・トーラスの外観図。内部空間を見せるために放射線遮蔽の「シェブロン」ミラーの一部を取り除いたもの。
- スタンフォードトーラスの断面図
![ハイペリオン計画によって提案されたスタンフォード・トーラスベースの世代宇宙船[15]](/wiki/File:Stanford_Torus-based_generation_ship.png)
参照
フィクションでは：
注記
参考文献
- ^ a b「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。
- ^ジョンソン＆ホルブロー 1977、p. 1、「全体システム」、p. 60、要約
- ^ a b c d e f g hジョンソン、リチャード・D.、ホルブロウ、チャールズ (1977). 「宇宙居住地：設計研究」アメリカ航空宇宙局. 2009年12月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ジョンソン＆ホルブロウ 1977、第7ページ、「序文」
- ^オニール、ジェラード・K. (1977). 『ハイ・フロンティア：宇宙における人類の植民地』 バンタムブックス. p. 149.
- ^ Bekey, Ivan; Herman, Daniel (1985年1月1日). 「宇宙ステーションと宇宙プラットフォームの概念：歴史的レビュー」 .宇宙ステーションと宇宙プラットフォーム - 概念、設計、インフラ、および利用.アメリカ航空宇宙学会. pp. 203– 263. doi : 10.2514/5.9781600865749.0203.0263 . ISBN 978-0-930403-01-0。
- ^ 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。
- ^フォン・ブラウン、W.（1952年3月22日）「最後のフロンティアを越えて」コリアーズ。
- ^ジョンソン＆ホルブロウ 1977、46ページ
- ^ 「スタンフォード・トーラスの電力供給」 large.stanford.edu 2025年5月18日閲覧。
- ^ a bジョンソン＆ホルブロウ 1977年、第5章
- ^ 「宇宙の植民地化」 . settle.arc.nasa.gov . 2009年12月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。2025年10月27日閲覧。
- ^ 「植民地の建設と繁栄の実現」 . settle.arc.nasa.gov . 2009年11月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2025年10月27日閲覧。
- ^ジョンソン＆ホルブロウ 1977、201ページ
- ^ a b Hein, Andreas M.; Pak, Mikhail; Pütz, Daniel; Bühler, Christian; Reiss, Philipp (2012). 「世界の船舶—アーキテクチャと実現可能性の再考」英国惑星協会誌65 ( 4): 119.
外部リンク
