宇宙エレベーター技術競技会を見てきた【動画アリ】

文●秋山文野

2009年09月12日 12時00分

宇宙エレベーター技術競技会開催!

 「宇宙エレベーター(以下、SE)」に対する関心、期待が高まってきている。静止軌道上のステーションと地表とをケーブルで結び、昇降機で安定的に行き来するという構想がSFの世界だけでなく、実現のロードマップまで備えた具体案、ということが静かに浸透しつつある。

 5月の記事でも紹介した(関連記事)、日本でSE実現に向けて具体的に動こう、という初の競技会「第1回 宇宙エレベーター技術競技会」(JSETEC)が8月8日、9日の2日間、千葉県船橋市の日本大学校地にて開催された。アメリカでは2005年から先行して、NASAの賞金供与により、米スペースワード財団が開催する「Tether Strength (高強度繊維)」と「Power Beaming(エネルギー伝送) 」コンペティションが行なわれている。

 Power Beamingコンテスト出場経験を持つ日本宇宙エレベーター協会(JSEA)の大野会長によれば、

Power Beamingコンテストは、どちらかというと大出力レーザーの技術向上を目指すもので、クライマーはバッテリーなしで駆動する条件が課せられています。エネルギー送受信部以外の部分のメカニズム、制御はあまり考慮されていない。ならば、国際的な役割分担として、日本がすでに高い技術を持つエレベーター技術にフォーカスして、まずは空中のケーブルを安全かつ高速に昇降するという機構の制御を実現させてはどうかと思いました

 副会長で日本大学理工学部の青木教授によれば、ビルの壁面などに吊したケーブルを自動的に昇降する機構、というようなものでも、今まで実現したものはないのだという。そして「どうせやるなら、あちこちでばらばらに研究を行なうより、みんなで競技会という『お祭り』もしたいでしょ?」(大野会長)という動機もひそかに隠れていた。

 競技は2日間、1チーム45分の持ち時間内に、バルーンでつるされた「テザー」を地上から150mの高さまで「クライマー」が昇降するスピードを競う。テザーは厚さ1.5mm、幅50mmのベルトで、車のシートベルトをそのまま使用したものだ。クライマー重量は最大10kg、直流12Vバッテリー駆動という条件が課されている。

 競技のメイン課題は上昇の速さを競うものだが、安全に降りてくるという条件もクリアしなくてはならない。また、各種センサーやカメラなどの機器類を取り付けて昇降すると、それも評価される。ペイロード搭載のデータになるからだ。

 参加したのは、日本大学理工学部青木研究室チーム、羽田野研究室チーム、神奈川大学工学部KSC-1チーム、KSC-2チーム、名古屋大学工学部、静岡大学工学部、ミュンヘン工科大学、チーム奥澤の8チーム。基本的にはモーターと摩擦車を使ったクライマーをそれぞれ開発して参加した。

(次ページへ続く)

強風に悩まされた競技1日目

 初日、8月8日の競技開始は午前6時。しかし、バルーン上昇が天候に影響され、第1回エントリー、チーム奥澤の「momonGa」がテザーへのクライマー取り付け(インストールと呼ぶ)を開始したのは、9時すぎとなった。ロボコン出場経験を持ち、唯一の個人チームとして参加した奥澤氏のクライマー上昇に期待が集まる。スタート時は順調だったmomonGaだが、途中で上昇スピードが遅くなり、ついにはテザーの途中で止まってしまった。ローラーがテザーのねじれを噛んでしまった上に、モーターが焼けてしまったとのこと。この後、奥澤氏は代わりのモーターを取りに、千葉県から神奈川県まで走ることになる。

 続いて、名古屋大学SEチーム。前後にねじれ修正機構を組み込んだクライマーでエントリーしたが、スタートから13分、昇降を開始できず、時間切れとなった。モーターの動力をうまくメインローラーに伝えられなかったのだという。

 この日最初の150m上昇を達成したのは、日本大学理学部青木研究室のチーム。6kgという参加チームの中では最重量級のクライマーだったが、6分25秒でゴールに達した。

 このあたりで、競技場付近の風が強くなる。バルーンは吹き寄せられて、テザーは競技場の中央から運営者テント方面へと大きく斜めにかしいだ。もともと、参加条件の中には「多少の悪天候にも対応できること」というものがあった。実際にSEを運用するとなれば、天候の変化は当然予測されるものであり、少々の風や雨で止まっていては困る。とはいえ、強い風はテザーにテンションをかけ、テザーは板のように固くなってしまった。初めての競技会に参加した各チームは、予想を上回る悪条件に苦しめられることになる。

 強風で中断された競技は、午後3時近くにやっと再開された。「何の大会だかわからないね、フーセン上げ大会みたい」と大野会長自らこぼしながら、バルーンを安定させるアンカーロープを移動するなどの作業に追われた。こうした競技、運営上のデータ出しも今回の開催の目的なのだ。

 再開後は、テザーをすこし巻き取って、70mのショートレンジでトライアルとしてスタート。神奈川大学のTeam KSC-2、Team KSC-1が連続してトライしたが、KSC-2はギアが絡んで20m地点でストップ、Team KSC-1は1分25秒のタイムを記録し、翌日へ備えることとなった。

 初日に残念だったのは、ドイツから参加したミュンヘン工科大学チームだ。クライマーは6kgに迫る最重量級だが、Webカメラも搭載し4kgのペイロードを運べるとパワーは十分。テザーをしっかりつかんで上昇の勢いも期待できるのだが、なぜか何度スタートしても上がれずに途中で止まってしまった。障害物を感知し停止するためのセンサーが誤作動してしまったとのことで、センサー交換で翌日に臨むこととなった。

 トライアル競技で好調だったのは、日本大学羽田野研究室チームのSAKURANAだ。研究室では3mまでの上昇しかテストしていなかったというが、好調な動作を見せる。Webカメラを取り付けテストも含め、2回の昇降をバッテリー交換ナシでこなし、安定感があった。3回までトライしたのだが、振動で電源周りのコネクターが折れてしまった。「かなりの揺れがあり、振動対策が大切かもしれない」とのこと、経験・ノウハウをためながらのトライであることをうかがわせた。

 初日の競技を終えて、かなり天候に左右されることが見えてきた。しかし、初の本番が各チームにもたらした経験は大きかった。会場に泊まり込んだチームは、夜中まで調整やテストを繰り返し、翌日に備えていたという。

(次ページへ続く)

競技2日目 果たして栄冠はどこに!?

 翌9日は、朝に雨が少し降ったものの、くもり空の穏やかな天候でスタートした。6時過ぎにはバルーン上昇を開始し、7時すぎから競技開始となる。もちろん、150mのフルレンジだ。

 初回となったTeam KSC-2は4輪を2輪駆動に変更する調整を行なってのトライだ。もともと3kg台で軽量だったクライマーは2.6kgと最軽量になった。これが功を奏したようで、3分27秒で150mのゴールに達した。

 続いて同じ神奈川大学のTeam KSC-1。KSC-2の競技時間がトータルで20分程度だったため、「その時間を切れるならさらにギヤ変更を行ないたい」と意欲的だ。インストール込みで最速を目指すというクライマーは、1回目の上昇を3分16秒で終え、減速機交換の上で2回目に挑戦した。「天候が安定して、テザーのテンションが緩いのでいけるかもしれない」と1.5倍速を目指すトライだったが、スタートから2分半程度、テザーの途中で停止してしまった。「オーバースペック気味だった」との反省を残しつつも、「カメラなどの取り付けも行なってみたかった。みんなで仲良くデータを集めたい」と楽しげな感想を残した。

 期待が集まったのは、センサー交換で臨んだミュンヘン工科大学チームだ。今回は楽々と昇降に成功し、安定した上昇と驚異のスピードを見せる。3回挑戦し、1回目1分11秒、2回目55秒、3回目52秒と昇降の度に記録を更新するという快挙をなしとげた。しかも、ビデオ撮影用にキヤノンのコンパクトデジカメをまるごと搭載した状態での昇降である。「スピードを出せるのは、ギヤボックスを使わず、ダイレクトパワー式のモーターパワーによるところが大きい」と設計に自信を見せるチーム。「昨日は登らなくてみんなショックを受けた。うまく上がってみんな安心」と笑顔を見せた。しかも「降りる際は安全のためゆっくりにしている」「バッテリーは競技のレギュレーションに合わせるため12Vバッテリーを使用。設計時の14.8Vバッテリーならもっとパワーが……」と実に余裕なのである。スピード部門での優勝は間違いなくこのチームだ、と思わせる確実な動作だった。

 続いては、静岡大学のクライマー「うなぎのぼり」。なかなか素敵な名前だ。大会本部が用意した3軸加速度センサー「G-MENα」を搭載してのトライとなった。競技会はクライマー性能や垂直テザーという特殊なシステムがどのように働くか、という重要なデータ収集も兼ねており、そのための貢献を試みたのだ。クライマーはモーター、回路、センサー類用にそれぞれバッテリーを別に搭載する、前後にテザーのよじれを修正するガイドをつけるなどきめ細かい設計を見せたが、ローラーの軸になる塩ビ管が外れてしまうというトラブルを克服できず、残念ながら昇降できないという結果となった。

 トライアルでは好成績を見せた日大羽田野研チーム「SAKURANA」が続く。タイヤの回転数を測定し、無線LANでデータを送信するという機構を組み込みスタート。1回目は順調に150mを3分3秒でクリアした。無線LANのデータは途中で受信できなくなり、限界があることも判明した。2回目は「G-MENα」とカメラを取り付けての挑戦だったが、スタート前にモータードライバに不具合が生じてしまう。競技時間中に部品を交換し再度トライするという、チームとしての底力も見せたが、スタートから約7分、タイムオーバーを考慮して中止となった。

 日大青木研チームは、「G-MENα」とDVカムを取り付けて、重量アップしてのトライ。速さよりも各種センサーを確実に積むことを目的としたという。150mの上昇を4分38秒でこなし、前日より好成績を上げたが、途中で降りてこなくなってしまう。参加者一同、協力してテザーを引き下ろし取り外すことになるが、この作業がまた大変なのだ。ようやく取り外したクライマーは、回路の一部から煙を噴いていた。研究室ではエアコンも効いた環境で作業しているが、陽が差して暑かった屋外の環境では耐えられなかったようだ。「ヒートシンクだけじゃだめだなあ」との感想が漏れる。青木教授は、クライマーというシステムに対し「機構・回路・モーターが三位一体となって実現してこそであり、各部をそれぞれ良くしても、システムとしていいとは限らない」とクライマー開発の難しさを語っていたが、図らずもその難しさを体現していたように思えた。

 最後に、帰ってきたチーム奥澤のmomonGaがモーターを交換してトライ。5分56秒で上昇の成績を上げるが、降りてこられなくなってしまう。繰り返される、過酷なテザー引き下ろし作業。地表に近くなったところでコントローラーの操作を受け付けるようになって取り外すことができた。「クライマー自身の様子をモニタリングする仕組みが必要かもしれない」というのがチームの感想だ。実際、クライマーの様子は操縦者および大会本部が双眼鏡で目視する必要があり、上昇するとよく見えないこともあるようだ。「次回に向けて……」参加チーム、運営本部ともに、心は早くも来年以降のチャレンジに向けて、着々と改善すべき点を数え上げていたようだ。この「熱さ」が競技会形式の良さではないだろうか。

(次ページへ続く)

日本で初めての競技は無事に幕を閉じた

 この後は、ミュンヘン工科大学による高速化トライアルや、神奈川大学による兄弟クライマー同時上昇トライアルなどの試みが次々と行なわれる。ミュンヘン工科大学がバッテリーを設計本来のものにパワーアップし、秒速4.8mの高速上昇を見せたり、神奈川大チームが見事2台同時上昇を実現したものの、1号機が降りられなくなり、またまたテザー引き下ろしが発生するなど、楽しい(?)挑戦が続いた。名古屋大チームは、最後まで調整を続けたものの、競技に復帰できず棄権となり、心残りだがここで競技会は終了となった。

 表彰式では、圧倒的な上昇スピードを見せたミュンヘン工科大学が、52秒/150mの成績で総合優勝。3分3秒/150mの成績を残した日本大学理工学部羽多野研究室チームが総合準優勝し、神奈川大学工学部江上研究室 KSC-1チームが3分16秒/150mで総合第3位として表彰された。

 「初めての挑戦であり、なるべくいろいろなチームを表彰したい」と青木教授の意向を反映し、クライマーのさまざな部分を評価する賞も贈られた。「スピードクライマー賞」にはミュンヘン工科大学、クライマーへの各種センサー類搭載や稼働状況を評価する「多機能クライマー賞」にはこれまたミュンヘン工科大学チーム。電子部品配置の工夫やモーター電磁ノイズ対策など、12項目の回路設計を評価する「サーキット賞」には、回路自作にこだわった日本大学理工学部羽多野研究室チーム、クライマーの落下・衝撃対策や安全面を考慮したブレーキなど、SE上での運用を考慮したクライマー設計を評価する「メカニズム賞」には、空中で静止するブレーキを組み込んだ日本大学理工学部青木研究室に贈られた。外観の美しさを評価する「未来デザイン賞」に輝いた神奈川大学工学部江上研究室KSC-2には、「あなたの弁当箱、最高でした」とのコメントが。

 夕方から豪雨となったこの日、降りだす前に無事競技会は終わったが、翌年に向けて挑戦は続く。次回はテザーを300mに、その次は600mの高さまで上げていくとのこと。参加チームはより高速・安全、確実に上昇するクライマーが求められることだろう。米国での競技会を主催するスペースワード財団から競技会見学に訪れたレン・J・アノゲル氏は、バルーンでテザーを釣り上げる日本方式を「ナチュラルだ」と評価していた。今年のPowerBeamingコンテストでは、ヘリコプターで1500mのテザーを釣り上げたところ、テザーが切れてしまうアクシデントに見舞われ、競技延期になったそうだ。自然条件を競技に取り入れた日本式が、SE実現に寄与するシーンもきっとありうる、そう思わせた第一回競技会だった。

クライマー上昇

競技二日目、神奈川大学KSC-1の昇降。「3、2、1、スタート」で計測を開始する。競技の緊迫感ただようが、ウグイスが声援を。


ミュンヘン大学の活躍

優勝チーム、ミュンヘン工科大学が優勝した昇降。ドイツ語でのカウントダウンがクライマーに伝わったか。あまりの速さに「はや~っ!」と驚きの声が漏れる。


トラブルに泣かされる

チーム奥澤のクライマー。モーターを取り替えての昇降で、登りきったものの、この後降りられなくなった。

■Amazon.co.jpで購入

■関連サイト

■関連記事