【トップ記事のサマリ】
宇宙技術は、地球外でのエネルギー活用や居住に向けた革新をもたらしつつあります。この記事では、4つの未来的な技術を取り上げ、それぞれの技術が直面する課題と実現の可能性について解説します。予想されるタイムラインは、技術の完成予測ではなく、必要な作業量に基づく大まかな見積もりです。

**2040年代～2050年代：宇宙太陽光発電**
宇宙太陽光発電は、太陽光を効率的に集め、地球に送信する構想です。既にCaltechやJAXAが実験を行い、技術的な進展が見られていますが、大規模なソーラーファームの建設にはまだ課題が残ります。

**21世紀後半：宇宙エレベーター**
宇宙エレベーターは、地球と宇宙をケーブルで結ぶという夢のような構想ですが、必要とされる超強力な素材がまだ開発途上です。月面での小型版が先に実現する可能性があります。

**2030年代：月面の核エネルギー**
 月面における安定したエネルギー供給を実現するため、各国が核分裂炉の開発を進めており、2030年代には実用化が期待されています。

**2070年代～2120年代：恒星間旅行**
恒星間旅行は技術的に最も困難ですが、核融合エンジンやレーザー推進技術など、未来の技術により大幅な進展が見込まれています。
【記事全訳（※本記事の作成には一部AIを使用しています）】
宇宙太陽光発電所、月面での核エネルギー、宇宙エレベーター、そして恒星間旅行――これらの技術は、どれが最初に実現するのでしょうか？

今年の世界宇宙週間（10月4日から10日）は、宇宙技術が地球の気候変動対策にどのように役立っているかをテーマにしていますが、宇宙へ目を向け、そこに広がるエネルギーと世界を活用することで、技術が私たちに何をもたらすかも考える価値があります。ここでは、4つの技術に焦点を当て、それぞれが抱える課題と、いつ実現する可能性があるのかを探ります。これらの時間予測は、必ずしも技術が実現する時期を予測したものではなく、まだどれだけの作業が必要かを示す大まかな目安です。

2040年代～2050年代：宇宙太陽光発電  
現在、太陽光発電は世界の総電力供給のわずか5％強を占めていますが、この数字をさらに増やすことができるはずです。  
太陽のエネルギーを感じる最良の場所は宇宙です。雲に遮られたり、大気に吸収されたりすることがないため、広大な太陽光パネルアレイは、太陽を遮るものなく見通すことができます。しかし、この宇宙に太陽光パネルアレイを建設すること自体が大きな課題です。仮にそれを実現できたとしても、収集した太陽エネルギーをどのように地球に送信するのかという問題があります。  
このリストに挙げられた技術の中で、宇宙からの電力送信は比較的進んでいる方です。2023年1月に、Caltechが開発した宇宙太陽光発電デモンストレーターが地球軌道に打ち上げられました。このデモンストレーターには「MAPLE」という機器が搭載されており、太陽エネルギーをマイクロ波に変換し、そのマイクロ波をCaltechの受信ステーションに送信し、電力に変換することに成功しました。これはわずか数ミリワットの電力でしたが、コンセプトの実証としては非常に興味深いものでした。

日本の宇宙航空研究開発機構（JAXA）は、商業界と協力し、1ギガワットのエネルギーを生み出し、それを地球に送信できる太陽光発電所を目指したプログラムを展開しています。しかし、宇宙太陽光発電所を建設することは簡単ではありません。  
宇宙にある太陽光パネルは、大気の吸収効果を受けないため、1平方メートルあたり約1キロワットのエネルギーを受け取ります。しかし、太陽光パネルの効率は100％ではなく、現在利用可能な商業モデルの効率はわずか30％です。そのため、宇宙での太陽光パネルは現実的には1平方メートルあたり約300ワットしか生産できません。1ギガワットのエネルギーを生み出すには、地球上の原子力発電所に匹敵する規模の太陽光パネルアレイが必要で、その直径は数キロメートルに及び、質量は1万メートルトンにもなります。これは、419メートルトンの質量を持つ国際宇宙ステーションと比較しても、非常に大規模な工学的課題です。  
仮に宇宙太陽光発電所が建設できたとしても、それは地球の上空35,786 km（22,236マイル）の静止軌道に設置されるでしょう。その次の課題は、マイクロ波ビームを正確に地球に向けて送信し続けることです。ビームがずれてしまうと、何かを誤って「焼いて」しまう可能性があります。マイクロ波の代わりにレーザーを使用すれば、より正確にビームを制御できますが、レーザーエネルギーは大気中の水蒸気に吸収されるか、雲に遮られる可能性があります。その点、マイクロ波は雲を自由に通過します。

レーザーは、宇宙から宇宙への電力送信にはより適しているかもしれません。これにより、たとえば衛星の寿命を延ばすことができますが、衛星自体に受信機を搭載してレーザー電力ビームを受け取る必要があります。私たちは、月面基地にレーザーを介して電力を送信する太陽光発電所とリレー衛星のネットワークを想像することもできるでしょう。

21世紀後半：宇宙エレベーター  
これは古くからのSFの概念で、ロシアの科学者コンスタンティン・ツィオルコフスキーによって最初に考案されました。燃料の炎に包まれるロケットで宇宙に飛び立つのではなく、エレベーターの車に乗って宇宙に行くという発想です。  
宇宙エレベーターの基本的な設計は単純に思えます。地球の赤道付近から宇宙に向かって太いケーブルが延びています。しかし、そのケーブルにかかる力は非常に大きく、地球の重力がそれを引っ張り、地球軌道上の質量がケーブルを反対方向に引っ張ることで、ケーブルが張り続けられます。このケーブルにかかる応力と張力は非常に大きく、ケーブルは鋼の50倍の強度を持つ材料でなければならないとされています。しかし、唯一この強度に耐えられる材料は炭素ナノチューブであり、これを「化学気相成長」のプロセスで「成長」させます。しかし、名前が示す通り、炭素ナノチューブは非常に小さく、最も長いものでも14センチメートル（5.5インチ）ほどしか成長していません。これは、宇宙エレベーターに必要な100,000キロメートル（62,000マイル）の長さとは大きな違いです。

仮に、より長いナノチューブを製造し、それを大量生産する方法が見つかったとしましょう。その時点で、ケベック州バニエ大学のスティーブン・コーエン氏は、ケーブル素材が成熟するのに5年から10年かかり、設計フェーズと並行して進行すると考えています。

2030年代：月面の核エネルギー
月は地球に潮汐固定されており、私たちは常に月の同じ面を見ています。しかし、月が回転していないと勘違いしてはいけません。実際には月は自転しており、地球を周回するのと同じ速度で回転しています。そのため、常に同じ面を地球に向けているのです。月が一回転するのにかかる時間は27日強、つまり約4週間であり、月のほぼ全域が2週間の昼と2週間の夜を経験します。例外は極地に近い地域で、ここでは80%もの日照を得ることができます。しかし、月面基地が太陽光で稼働するためには100%の日照が必要となるため、代替エネルギー源が必要です。

現在、各国や宇宙機関は月面に初めての核分裂炉を設置するため、競争を繰り広げています。2月、NASAとアメリカエネルギー省は、将来のアルテミスミッションで使用される核分裂炉の設計提案として3つの案を選びました。この炉は、月面で少なくとも10年間にわたって40キロワットの出力を供給できる仕様です。

一方、ロシアと中国は、2033年から2035年の間に打ち上げる予定の国際月面研究基地の計画を発表しており、この基地には核分裂炉が搭載される予定です。しかし、彼らはまだ原子炉の冷却方法を確立していないことを認めています。「最大の問題は、月には空気がないため、廃熱をどのように処理するかです」と、ウェールズのバンガー大学にある原子力未来研究所のサイモン・ミドルバラ氏はSpace.comに語りました。

ミドルバラ氏は、英国宇宙機関とロールス・ロイスと協力して、将来のミッションで月に送る可能性のある核分裂炉を開発しています。ロールス・ロイスは、イギリスの原子力潜水艦に核反応炉を搭載してきた豊富な経験を持っています。

「原子炉のエネルギー出力は、電力と熱を合わせて100〜300キロワットを目指しています。月面ではこの両方が非常に有用です」とミドルバラ氏は言います。「これは過去のミッションと比較して非常に大きな出力であり、月面基地が拡大するにつれて、エネルギー供給を確実にするために2つ目や3つ目のシステムを構築することも考えられます。ただし、100メガワット規模のシステムをすぐに作ることはありません」。


2070年代から2120年代にかけて: 星間旅行
NASAの最速のミッションである「ニュー・ホライズンズ」が冥王星に到達するまでには9年かかりました。その距離は太陽から34天文単位（AU）であり、1 AUは地球と太陽の平均距離です。太陽に最も近い恒星はプロキシマ・ケンタウリで、太陽から268,779 AU（4.2光年）離れています。「ニュー・ホライズンズ」が冥王星を通過した後の速度は時速84,000キロ（52,000マイル）で、プロキシマ・ケンタウリまで到達するには約8万年かかります。

明らかに、星間旅行を実現するためには、もっと速い方法を見つける必要があります。しかし、その解決に取り組んでいる人々もいます。1970年代、英国惑星間協会のメンバーは、無人の核融合推進の二段階式宇宙船を計画する「プロジェクト・ダイダロス」を開発し、最終的には光速の12%に達することができると考えました。

2016年には「ブレイクスルー財団」が「プロジェクト・スターショット」を立ち上げました。このプロジェクトは、小型宇宙船「スターチップ」に光帆を取り付け、強力なレーザーで押し進め、光速の20%に達するという構想です。これにより、数世紀ではなく数十年でプロキシマ・ケンタウリに到達できる可能性があります。しかし、問題は、レーザーのエネルギー出力が100ギガワットに達する必要があることです。これは、100基の原子力発電所に相当する出力です。

この問題を解決するために、未来的な技術を組み合わせることが考えられます。例えば、軌道上に建設されるソーラーファームを使用して太陽エネルギーを集め、これをレーザーの動力源として利用することです。これらは現在の技術で実現可能ですが、現在の規模をはるかに超えるものです。星々は私たちを待っていますが、彼らのもとにたどり着くまでには、もう少し時間がかかりそうです。

今のところ、私たちには地球しかありません。