打ち上げコストを削減する方法は何ですか？

宇宙への打ち上げは常に非常に高価でした。 一般的な打ち上げコストは、ペイロード1ポンドあたり5,000〜10,000米ドルです。 したがって、1,000ポンド（450 kg）の衛星を打ち上げるには、1,000万ドル以上の費用がかかる可能性があります。 宇宙に物を打ち上げ始めて以来、科学者たちは打ち上げコストを下げてこのフロンティアをより多くの企業、政府、個人に開放する方法をブレインストーミングしてきました。 しかし、これまでのところほとんど進歩がありませんでした。

宇宙打ち上げのコストの1つの要素は燃料です。 低地球軌道に打ち上げられたペイロード1ポンドごとに、25〜50ポンドの燃料が必要です。 典型的なロケットは、液体水素と酸素の組み合わせによって燃料を供給されます。液体水素と酸素は、多くの極低温冷却装置を使用して非常に低い温度に維持する必要があります。 ロケットは、高層ビルのサイズの非常に高価な冷蔵庫と考えてください。

打ち上げコストを下げるための1つのアプローチは、より大きなロケットを構築することです。 規模の経済のおかげで、大きなロケットは小さなロケットよりもポンドあたりのコストが低くなる傾向があります。 ただし、これはこれまでのところです。 より大きなロケットは、ポンドあたりの打ち上げコストを2倍または3倍減らすことができますが、それ以上にはなりません。

打ち上げコストを大幅に削減するための最も有望なルートは、ペイロードが上昇中に燃料を運ぶ必要がないソリューションを含みます。 これは、従来のロケット打ち上げの最も高価な要素の1つです。ロケットは、ペイロードを推進するだけでなく、途中の残りの燃料も十分に運ぶ必要があります。 大気の底は最も密度が高く、航行するエネルギーの面で最もコストがかかりますが、これはロケット自体が最も重い場所でもあり、非常に大きな燃料タンクが必要です。

燃料なしまたは低燃料スペースでの打ち上げにはいくつかの提案があります。 1つは、機内の酸素ではなく大気の酸素を酸化剤として使用し、上昇の最初の段階で空気呼吸エンジン（ラムジェット）を使用することです。 これは、民間企業が建造した最初の宇宙船であるSpaceShipOneで使用されていたアプローチです。 別のより未来的なアプローチは、軌道に到達するのに非常に速くペイロードを発射する電磁加速器またはレールガンを構築することです。 残念ながら、レールガンから軌道に発射されたほとんどのペイロードは、人間を殺すのに十分な、少なくとも100重力の加速を経験します。 したがって、宇宙用の打ち上げ用に電磁加速器が構築されている場合、宇宙飛行士や衛星ではなく、水や鉄などの補給物資を送るためだけに使用される可能性があります。

発射コストを下げるためのさらに未来的なアプローチは、宇宙エレベーターを構築することです。テザーは、赤道から地球の36,371 km（22,600マイル）を周回するカウンターバランスまで延びています。 重力のもとで崩壊することなく、そのようなエレベータに使用するのに十分な強度を持つ唯一の既知の材料は、カーボンナノチューブです。 現在、カーボンナノチューブのコストはキログラムあたり約25,000米ドル、またはトンあたり2,500万米ドルです。 シードスペースエレベーターでさえも約20トンが必要であり、今日の価格では5億ドルかかります。 これは非常に高価ですが、ナノチューブの価格は下落しており、多くの科学者は宇宙エレベーターの建設は2020年までに経済的に実現可能だと考えています。