星系内航行 - バトルテック日本語ルール@ ウィキ

TASコロンビア号の画期的な成果は、核融合ロケットの能力を実証した。コロンビアは当初、アルテア級惑星間航行船の4番船として建造された。アルテア号は、テラの外側に位置する火星まで6ヶ月の旅をしていた。火星はテラから半天文単位で最接近できる距離にあり、化学ロケットの短時間の噴射で火星に到達していた。コロンビア号がGM製FP-100D核融合ロケットに換装された西暦2027年の実証航海では、加速度1/10Gで14日間で達成された。コロンビア号が記録を打ち立てた頃、クリッペン宇宙ステーションでは巨大な無人探査機マゼラン号が誕生していた。これは全長300メートルを超える当時最大の無人式宇宙船であり、次世代核融合エンジンFP-2000XEを搭載し、2Gで数ヶ月間加速し続けることで、最終的には光速の68％に達した。
それから10世紀半が経った現在も、私たちの健康と利便性のために、核融合エンジンは1Gで星系を進んでいる。改良のほとんどは、エンジンの効率と出力、そしてその大きさの向上であった。連邦共和国がフォックス級で学んだように、大型の核融合ロケットを作るにはそれなりの努力が必要であり、時にはコンパクトなK-Fドライブを設計するよりも困難を要する。
星系内航行の一般的なアプローチには、定加速度法と慣性航行法の2つがある。
定加速度法は、ある加速度を選び、それを航海の開始時から途中まで使用する。中間点でドライブを一時的に切り、エンジンが進行方向に向くように180度反転し、航海の後半は同じ加速度でエンジンを稼働させる。その結果、船は停止した状態で目的地に到着し、乗組員や乗客は全行程で「重力」を体験できたことに満足する。
燃料消費を最小限に抑えるため、あるいはステルス性を維持するため、一部の船は「慣性航行法」方式を採用している。これは、しばらくの間加速した後、目的地で同等のブレーキ燃焼を行うまで、航海のほとんどをエンジンを切って惰性で行うものだ。エンジン燃焼の時間やパワーにもよるが、慣性航行は定加速航行とほぼ同等の短時間で済むこともあれば、アルテア号の火星近傍への6ヶ月の航海のように数ヶ月かかることもある。
1G、あるいはその他の一定の加速と制動で、どれくらいの速度で星系を通過できるのだろうか？それには少し代数的な計算が必要で、距離と加速度に関心を持つ必要がある。トランジットタイムは、このボードにある...

時間 = 2x平方根(距離/加速度)

文系の皆さんは、安易な数字や近似値でごまかすことはできない。この式で「時間」は総移動時間(秒)、「距離」は総移動距離(メートル)、「加速度」はメートル毎秒(秒)である。少し混乱している人は、1時間は3,600秒、1日は24時間であること、1キロメートルは1,000メートルに相当し、天文単位は約1億5,000万キロメートルであること、1Gは9.8m/s/sであることを思い出してほしい。単位を間違えなければ、正しい数値が得られるはずだ。1Gでの一般的な旅行例をいくつか挙げてみよう(四捨五入している)：

• 典型的な月までの15万kmの旅に2時間10分
• 典型的な居住可能惑星とその典型的恒星のL1ラグランジュ点までの150万kmの旅に7時間
• 典型的な居住可能惑星と典型的な近隣惑星との7500万kmの旅に49時間
• 1天文単位(AU)の旅に69時間
• テラから標準的なジャンプポイントまでのような10AUの旅に218時間

先に、加速度が大きくなっても到達時間が直接縮まるわけではないことを指摘した。例えば、2Gで移動時間が半分になるわけではない。この式から、その理由は明らかだろう。移動時間は加速度の平方根とともに短くなる。また、距離を2倍にしても移動時間が約41％しか増加しない理由も示されている。では、1.5G、2G、4Gでの1G航行の6つの例を見てみるのはどうだろう？まず、新しい加速度の平方根を古い加速度の分数(この場合、1.5の平方根、2の平方根、4の平方根)として求め、1Gの航行時間をその平方根で割る。

• 一般的な月までの15万kmの旅：1.5Gで106分、2Gで92分、4Gで65分
• 150万kmの旅：5時間42分、4時間57分、3時間3分
• 7500万キロ：40.5時間、34.6時間、24.5時間
• 1AUの旅：56時間、49時間、35時間
• 10AUの旅：178時間、154時間、109時間

もう一つの疑問は、"既知の長さと加速度でどれだけの距離を移動するのか"である。恒星間旅客線は、標準的な1Gで過ごした日数でスケジュールを掲載する傾向があり、多くの惑星概要には、"移動距離"ではなく、ジャンプポイントから惑星までの"移動時間"が記載される傾向がある。もし興味があるなら、定加速度航行の場合はこうなる：

距離＝0.25×加速度×時間2

ここでも、距離(総移動距離)の単位はメートル、加速度の単位はメートル/毎秒/毎秒、時間(総移動時間)の単位は秒である。なぜ0.5ではなく0.25なのかと尋ねようとしている基礎物理を覚えている人は、手を下ろしてほしい。この式は、一方向に一定の加速度をかけたときの距離を示しているのではない。その代わり、半分の時間を一方向に燃焼させ、残りの時間を制動燃焼させた場合の距離を示しているのだ。
この式をどう使うか？まあ、これがレドリー博士の試験に出題されるとは言わないが、次の問題には十分注意した方がいいだろう：テラから標準的なジャンプポイントまでの移動時間を考慮すると、なぜテラのタイタン造船所......いや、土星のタイタン造船所と言うべきか、ソルⅥがジャンプシップのテストと製造に最適な位置にあるのか？今夜、考えてみよう。
慣性航行の計算が複雑なのは、燃焼時間や惰性航行時間、その他の要因によって異なるからだ。本当に興味があるなら、惑星間航行のコースを取ることをお勧めする。もっと簡単なシナリオであれば、1年生の物理学コースで学ぶことができるはずだ。
シナリオといえば、軌道や飛行経路、重力アシスト、スリングショットなど、航法コースで目を血走らせ、脳を溶かすような心配事について疑問に思うかもしれない。素人にとっては幸いなことに、核融合ロケットによる惑星間航行の基本は非常にシンプルだ。加速度が非常に高く、非常に長く続くので、直線飛行を仮定した場合、封筒の裏計算で完全に適切な計算ができる。計算が複雑になるのは、惑星軌道に入るほど減速したときだけだ。スリングショットは、惑星や月の周囲に滞留して重力ブーストやブレーキをかけることに依存するが、今日の飛行には事実上無関係である。1Gのドロップシップで大きなガス惑星を通り過ぎるとき、飛行を大幅にブーストしたり妨げたりするほど長く惑星の近くにいることはないだろう。実際の航宙士は重力の影響を気にしなければならないが、それは船を目標地点から1～2キロ以内に到着させるためだ。レドリー博士のコースでは、それを心配する必要はない。
...以上だ。レドリー博士はこの講義に、飛ばしたトランステックのトピックを全部ぶち込んでいたと思うけど、気をつけてね。試験に出るから。