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2010年6月15日 (火)

風に向かって進む はなし

関東地方も昨日より、いよいよ梅雨入りとなったようです。
私は、といえば住民税の支払い通知が一昨日届いて、一日早く気分的に梅雨入りをしていました。

▽ まぁその税金も一部は昨日のはやぶさみたいのに使われていると思うことができれば…。あ。いや。これは市民税だからあり得ないか。

■ はやぶさを巡っては、高校時代の天文気象部での先輩---NICTにいて、宇宙開発関係の仕事にも縁がある---が、OBOG会のメーリングリストに投じてくれたメッセージが少し切なかったのですが、それでもjaxaはいろいろと新しい研究をちゃんとしてくれているようで、ウェブサイトを覗くと勇気づけられます。

■ 近頃では ikaros という実験機がミニマム・サクセスとされていたミッションまで達成したというニュースがありました。この ikaros、正方形のセイルを宇宙空間で展開し、このセイルで太陽光圧を受けて動くのだそうです。
 説明によると、これは宇宙空間を進むヨットだというのですが、私にはヨットというより帆掛け船に見えるわけです。それというのは…

■ 同じように見えても帆掛け船とヨットとは進行原理がすこし違うわけです。
 帆掛け船は、追い風を帆に受けて推進力を得るものであるため、風上に向かっては帆走できないわけです。
 一方、ヨットは風上に向かうことができます。ヨットが推進力を得る原理を説明するには、風という空気流によって帆に発生する揚力を考慮に入れなければなりません。図で書くと簡単なんですが、例えばこの wikipedia の図(http://ja.wikipedia.org/wiki/ヨット)は、少し合力の関係が分かりにくいような気がします。どちらかというと、「第三 物理の散歩道」(最近新装版がでているようで。)にある図がいいように思います。「物理の散歩道」の図では本来の風の速度と船の進行速度の合成で、「みかけの風」ができ、この見かけの風を帆が受けて揚力が生まれる様子、そして揚力を推進力となる船の進行方向の力と、それに垂直な力とに分けた図が掲載されています。
 この、進行方向の力に垂直な方向の力は、実はヨット底部にあるセンターボードで海水を押す力(抵抗力)として働きます。そしてこの抵抗力を海水が引き受けてくれることで、ヨットは純粋に進行方向への推進力を得るのです。

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ロゲルギスト
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■ 太陽光圧は太陽からの光子の運動量を貰うもので、揚力は発生しないと説明するものもありますが、仮に揚力が生まれたとしても ikaros の場合、推進力成分以外の力を引き受ける先がないので、いずれにしろヨット的な航法は使えないのではないかと思います。つまり ikaros は、張ったセイルがちょうど帆掛け船の帆のように太陽光圧を受けて、太陽とは反対側に推力を得ると思われ、太陽光圧を背に受けて帆走する以外の航法がないのではないかと。

■ しかしそうとなると、基本的に太陽から遠ざかる方向へは加速して進行できるものの、太陽へ近接する方向への移動方法がわかりません。仮にヨット的航法がとれるなら別として、そうでないなら太陽方向へ近接する方向へ軌道を修正するためには減速の必要があるはずですが、ikaros のウェブサイトを見ても、その減速の方法がまったく分かりません。
 それともはなから減速しない予定なんでしょうか。

教えて偉いヒト

■ ちなみに「物理の散歩道」は、ロゲルギスト著、ということになっていますが、これは

  • 近角聡信
  • 磯部 孝
  • 今井 功
  • 近藤正夫
  • 木下是雄
  • 大川章哉
  • 高橋秀俊

の7名の物理学者によるロゲルギスト同人ということで、著者は外国人ではありません
 なお、風に向かって進む船については、NHK の「みんなの科学」で昭和48年8月に放送され、そのときの担当がロゲルギスト同人の一人、大川章哉先生だったそうです(http://mkagaku.jugem.cc/?eid=157)ので、この「物理の散歩道」の記事も大川章哉先生がメインで書かれたのではないかと思います。

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コメント

セールを使って太陽に向かって移動する事は考えていないし、出来もしないでしょう。では帆船かと言うと、慣性力と太陽光圧との合力で方向が決まりますから、ちょっと違うとなって、ヨットと称しているのかと。クオーターで機帆走しているイメージです。

宇宙空間では抵抗が無いために慣性力が失われない、と言うのが肝のようです。

多少の修正はイオンエンジンでするのでしょうね。

投稿: | 2017年5月 4日 (木) 13時55分

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