SFにおける巨大宇宙船の加速

質問

SFで、船体が巨大すぎて、地上で造ると圧壊するため宇宙空間で建造、地上には降りないというタイプの宇宙船があります。
重力干渉装置などの存在は無いとして、この場合、その宇宙船が加速したときにも、加速Ｇで船体が崩壊するような気がするのですが、実際に作ったら、どうなるのでしょうか？

回答No.5

yosh3 · ベストアンサー

ＳＦマニアの構造エンジニアの目から見ると。
宇宙船の形状とエンジンの形状・分散により答えが決まってくるように思います。
極端な例の１）チョー長い長い宇宙船のオシリにエンジンがついている場合
Ｆ＝ｍａから容易に想像できるように、エンジン周辺の応力を下げるためには加速度を小さくするしかありません。
チンタラ（でも休みなく）加速しつづけることになります。当然、到着までに時間がトンデモなくかかりますが、そのための巨大さなのだから、宇宙船内での人生を楽しむ（耐える？）ことになりそうです。
では極端な例の２）円盤型宇宙船（ただし顔になげつけるパイのように飛ぶ）の場合
この場合はエンジンをヤタラにたくさん取り付け宇宙船への応力を小さくすることが可能です。
それでもめったやたらと加速度を大きくすることはできません（乗客が死にます）。長期間の加速を考えると１～２Ｇというところでしょうから、構造物としては華奢なもので十分でしょう。
もちろん保有エネルギー量についてはこの際考えないことに。
以上の例から大胆に想像すると、２～３層のパイが宇宙を飛ぶさまが頭に浮かびます。
さて、地球からもよりの恒星たとえばバーナード星までの中間まで２Ｇで加速し、後半は反対に２Ｇで減速するような旅行を考えます。
そこで質問！
最大速度はいったいどの程度になるのか？（相対論的スピードになると思う）
到着までの期間はどのくらいか？（もちろん船内時間および地球時間で）

お礼

チョー長い長い宇宙船…
旋回するときに折れそうですね。

で、速度計算をしてみたのですが…(相対性理論無視)
バーナード星まで６光年
つまり9500000000000Km
1.5Ｇで加速したとして
加速度463579.2km/毎年毎年
中間点で減速をはじめるとして
463579.2×t二乗/2＝9500000000000/2
t≒4526年
463579.2ｔ≒2098571514＃最高速度
これを秒速に直すと
66km/ｓ　66/300000＝0.00022　2t＝9052
最高速度0.00022光速　到着まで9000年以上
ほんとかねぇ全然自信ありません。

回答No.6

mattyan

＃４です。追加です。
無重力状態で、宇宙船を組み立てたとします。
そこから、エンジンを点火して、動き出したとします。
すべてのパーツが一斉に同じ方向に同じ速度で動けば、
宇宙船は壊れません。
宇宙船のすべてのパーツにエンジンをつけ、それらを制御して、
同じ方向に同じ速度で動かすようにすれば、可能でしょう。
しかし、一つのエンジンで動かそうとすれば、無理かもしれません。
エンジン近くのパーツはエンジンと一緒に動くでしょうが、
遠く離れたパーツは、他のパーツに押されて（引っ張られて）動くことになります。
このとき、パーツ間の強度が不足すれば、壊れるでしょう。
つまり、（エンジンが生み出す加速度と）パーツの強度の問題かなと思います。

お礼

やっぱり大量小出力になるんですねぇ。
整備が大変そう。

最大加速度の問題ですが、
エンジン出力とパーツ強度をクリアできれば
後は人間の耐久力を遺伝子操作で上げればOK？
アーヴみたいに…(星界の紋章参照)

回答No.4

mattyan

基本的には、＃２さんと同じです。
ある小さい加速度に耐えられるなら、それ以下の加速度で加速し続けるかぎり、
壊れることもなく、どんなスピードにも達することができると思います。
（ただし光速を越すなんてことは言わないで）

地上で圧壊する、ということは、地球の重力加速度には耐えられないという意味ではないでしょうか。
だったら、その加速度で動かそうとすると壊れますね。
そのようなエンジン（加速度）ではいけません。
宇宙船を動かすためには、そうっと動かすしかないわけで、
小さな加速度で加速し続けるしかないのでは。

回答No.3

ARC

それだけデカい構造物をわざわざ重力井戸の底まで降ろして、また引き上げるメリットがどこにあるのか？ っていう疑問は考えないことにします。（笑）

ロケットの例でも判るとおり、地上から（効率的に）飛び立つには、かなりのＧを受けなくてはなりません。
数Ｇ程度の加速には耐えられても、離陸時の高Gには耐えられないとか言うのでしたら、考えられるかもしれませんね。

あと、構造上の問題もあるでしょう。
船体に十分な強度の梁を持たせて、その梁から伸びる支柱で船体を補強し、梁にエンジンを据え付ける、という方法で加速時の問題を解決していたとします。
地上に降りるときもその梁が自重を支えるようにすればいいのかもしれませんが、生憎、その先端には着陸脚ではなくてエンジンが付いている、と。

形状的な問題もありますね。
宇宙航行専用の船であれば、形状は比較的自由に出来ますが、例えばコンペイトウ型の船を地上に下ろしたとすると、針の部分は当然、圧壊するでしょう。
地上で作ろうとすると、強度的にもデザイン的にもものすごく選択の幅が狭まるのですね。

回答No.2

inaken11

例えば、0.5Ｇに耐える構造にして、宇宙空間で0.5Ｇの加速を続ければ相当のスピードになると思います。
弱い構造でも、それに合わせた加速を続ければいいのではないかと思います。

回答No.1

linus3030

地上で船体外部に船台を当てることを考えると
その部位を補強しておかねばなりません。
（実際のヨットなどでも行っています。）

けれど重力場をいじって加速させられるならば
船体各部の慣性力＝推進力なので
船体などを捻じ曲げたりしないということでは？

自由落下中の水滴は力を受けないので
表面張力のみで円形になるくらいです。