構造について

吊り橋や鼓に似た構造

「“ルイーゼ・ボッシュ”は大きさに対して軽すぎるのではないか？」という指摘を受けたことがありますが、それには理由が３つあります。

　1. 材質
　2. 配置
　3. 構造

の３つです。特に2.と密接に関係する3.が大きいと考えているので、この構造について少し書きます。

まず、冊子を見てもらえれば分かると思いますが、“ルイーゼ・ボッシュ”の艦内はかなりスカスカで、十二面体のステルスシールドで強度を保つ構造にはなっていません。また、ステルスシールドの内側にある発電機、原子炉、主船体、主推進器も、連結されているだけで、艦船や航空機、車両などのようにガッチリしたフレームに組み込まれているわけではありません。

このガッチリしている代わりにどうしても重たくなってしまうフレームを使って強度を保つ構造ではないため、軽量にできると考えているわけです。

では、どういう構造なのかというと、主船体や主推進器の取り付け部から周囲に突き出している構造材からワイヤーを張って各部を引っ張り、その引っ張る力で強度を保つ構造になっています。吊り橋や鼓に似た構造です。


コマの原理も利用

実は、“ルイーゼ・ボッシュ”にかかる力はそれほど大きくありません。月周回軌道から小惑星帯のメインベルトのやや外側までという重力購買の弱いところのみで使用しますし、搭載している大出力レーザーや主推進器も、火砲や固体・液体・ハイブリットロケットエンジンに比べれば小さな力しかありません。また、宇宙空間では空気がないので、爆風や衝撃波に激しく揺さぶられることもありません。さらに、戦闘などで衝突を想定しているのも数cm程度の微笑物体まで（※１）です。

このため、主船体などを連結して（※２）、ワイヤーで各部を引っ張れば必要な強度は確保できると考えています。

具体的には、

　主推進器が後方から押す力に対して
　→主船体など各部の構造（※３）がそれぞれつぶれないように受け止める
　前後に引っ張る力（※４）に対して
　→ワイヤーの引っ張る力が受け止める
　上下左右にしならせる力（※５）に対して
　→しなる方向と反対側になるワイヤーの引っ張る力が受け止める
　→人工重力を発生させているときは、回転の軸である艦首尾線を曲げる力に抵抗する力が生じるので、この力で受け止める

となります。ワイヤーには引っ張る力を調節する機構も想定しているので、この機構を使うことで振動を速やかに吸収して抑えることもできると考えています。



※１：衝突は相対速度が秒速数km～１０kmで起こると想定しているので、それ以上の物体が衝突した場合は衝突エネルギーで衝突した部分すべてが蒸発してしまい、防御できないと考えています。
※２：連結方法はボルトを想定していますが、木造建築や木工で使われている“ほぞ組み”のように組み合わせることも想定しています。
※３：“ルイーゼ・ボッシュ”は国際宇宙ステーションのようにモジュールを連結して建造するので、各部はそれぞれ独立した構造を持っています。
※４：実際に引っ張るのではなく、主推進器で加速・停止を繰り返した場合に前後方向への圧縮と戻ろうとする力（＝引っ張る力）が対になって生じる（振動が発生する）と考えています。
※５：タグボートなどに押される場合、姿勢（向き）を変更する場合などに生じて、振動の場合もあると考えています。

光学迷彩の照明について

光学迷彩は、

1cm四方を単位とすれば解像度は十分（※１）

ということがわかりましたが、この単位ごとに照明を１個ずつ設置すれば良いわけではありません。

１方向に対してのみの光学迷彩なら１個ずつでも大丈夫ですが、“ルイーゼ・ボッシュ”は複数の相手との交戦を想定しているので、それでは不十分です。できれば、複数の照明を設置をしてすべての方向に対して光学迷彩を使用できるようにしたいところです。

そのため、１単位は設置した平面を覆う半球状のすべての方向に対して使用できるように、

　・１単位を６×６区画に区切り、それぞれに１個ずつ照明を設置する
　・各照明は約30度の広がりを持つ円錐形に光を放つ
　・各照明がそれぞれ異なる方向に光を放つようにする

とします。これで、すべての方向にそれぞれに適した映像を映すことができます。今のところ、照明には有機LED（※２）のような平面薄膜照明を採用して、この照明自身に光の指向性を持たせるか、レンズ・鏡を使ってそれぞれ異なる方向に30度の広がりを持って光を放つように指向性を持たせるつもりです。

ですが、上記の６×６区画が１つだけでは、１単位の中の一部分だけが光ることになって良くありません。このため、６×６区画をさらに３×３となるように配置して、１単位の全体が光っていると見えるようにします。こうすれば、仮に照明の１つが故障して光らなくなっても残りでそれなりに補えますし、１つの照明の明るさを小さくして、汎用品に少しでも近いものを選択することもできます。

この結果、１単位に18×18個の照明が並ぶことになりますが、予備のスペースも含めて20×20個分として、１単位の寸法から、照明１個の寸法は0.5mm四方とします。

そして、映し出す映像はフルカラーである必要があるので、テレビなどを参考に、照明１個は４色（光の三原色＋赤外線）のセットからなり、１色の寸法は0.２mm四方とします。残る0.1mm分は仕切りなどに当てます。

この寸法の照明を作成することは現在でも可能と思いますが、宇宙空間で長期間使用できるか、十分な光量を放てるかなどの課題は、“ルイーゼ・ボッシュ”が建造される300年後までに解決されると仮定します。

なお、結果としてステルスシールドはかなり精密なものとなるので、整備・修理などとして交換しやすいように、全体として１枚にするのではなく、力学的な配慮をした上で数十～数百枚に分割することにします。

※１：2013/1/26記述分
※２：「有機エレクトロルミネッセンス」（Wikipedia内のページ）

光学迷彩の性能目標について

ステルスシールドの光学迷彩について、どれくらいの性能を求めるかというと、

　　相手から500kmのところをすり抜けられる性能

と想定しています。

交戦距離は２万kmと想定していますが、この距離だと大出力レーザー砲でもさすがに必中とはいかないでしょうし、ミサイルだと発射から命中までに30分以上（※１）かかってしまって対策を取られやすくなりますし、さらに、この距離で無力化しても、その後乗り込むときに何時間もかかってしまいます。

ですから、近付けるのならできるだけ近付けた方が良いということで、高い目標を掲げてみました。この性能を達成できれば、1500～2000kmくらいまでは余裕で近付いて不意打ちをかけることができると思うので、運用の柔軟性が高くできると思います。

そして、この性能を達成するためには、相手がどれだけの探知能力を持っているかが重要なので、これについては、

　　現在計画中のTMTという天体望遠鏡（※２）の解像度0.008秒角に近い0.01秒角の解像度

と想定しました。

なぜ「解像度」かというと、光学観測の場合、光学迷彩による映像と周囲の背景の違いを見分けることで探知することになるため、少しでも細かく観測できることが一番重要と考えたためです。

なお、TMTは現在計画中の大型天体望遠鏡のなかでも最高水準の性能となる光学赤外線天体望遠鏡です。ですが、“ルイーゼ・ボッシュ”が建造される300年後までには、宇宙船に搭載できる光学赤外線観測機器として一般的な性能の水準になっていると仮定しました。この仮定が可能なのかは分かりませんが、他に良い仮定を思い浮かばないので、とりあえず、この仮定・想定で進めます。

※１：ミサイルが目標に接近する速度を約10km/秒と仮定
※２：「国立天文台 TMT推進室」

ステルスシールドについて

“ルイーゼ・ボッシュ”のステルスシールドには、大きく分けて、

　1.レーダー波を特定の方向に反射することで探知されにくくし、探知されても追尾を困難にする
　2.光学迷彩により可視光領域の観測で探知されにくくする

の２つの役割があります。1.は多面体状の形状で達成し、2.の光学迷彩は、

　a.日向側では表面の反射率を背景とほぼ等しくなるように変化させることで達成する
　b.日陰側では表面に背景とほぼ等しい映像を映し出すことで達成する

と考えています。

ですが、

　・1.は離れた場所にあるレーダー同士が連携する（※１）と効果がかなり低下してしまう
　・b.は太陽や一等星などの見かけ上明るい恒星を背後にした場合、光量が足らなくて効果がなくなる（※２）

ことに最近になってようやく気付きました。特に、“ルイーゼ・ボッシュ”が計画・建造される23世紀末には宇宙においてもレーダーの連携は当たり前のことになっていると思っているので、ステルスシールドの形状そのものの価値が低下し、変更が必要になるかもしれません。また、「見かけ上明るい恒星を背後にすると極めて発見されやすくなる」という弱点や運用上の制約になるかもしれません。

ただ、ステルスシールドを閉じた状態で艦首を主たる相手に向ければ、背後を取られない限り探知は難しいとも思うので、まったく無価値になるということはないかもしれません。

さらに考えたいです。

※１：レーダー波の発信元と受信先を分担する、互いのレーダー情報を融合して共有する
※２：日食などのように「食」を起こしてしまう

通信について

昨日「戦闘システムについて」で、

このとき、使用権の調整などはサブシステムではなく、戦闘システム本体が戦闘支援の一環として行い、優先度が同じなどでかち合った場合はルイーゼの判断が優越します。

と書きましたが、その後、さらに考えて、

（送信時）
　1. 各サブシステムが各種アンテナの使用（送信）についてのリクエストを出す
　2. 出されたリクエストはそれぞれの通信サブシステムがとりまとめる
　3. それぞれの通信サブシステムはリクエストを整理する（※１）
　4. 整理したリクエストを片方の通信サブシステムにまとめる（※２）
　5. まとめられたリクエストとルイーゼ（本体）か担当者の指示に従ってアンテナ使用のスケジュール案を作成する
　6. スケジュール案をルイーゼ（本体）か担当者が承認する
　7. 承認されたスケジュールに従い、通信サブシステムが送信する通信信号を作成する
　8. 作成された通信信号はアンテナに送られ、アンテナの送信制御部でアンテナ素子の制御信号に変換される
　9. アンテナ素子の制御信号に従い、アンテナ素子が送信する

（受信時）
　1.～6.までは送信時と同じ
　7. アンテナ素子が受信する
　8. 受信した電磁波はアンテナの受信制御部に送って合成する
　9. スケジュールに従い、受信制御部は受信した電磁波から信号波を検出する
 10. 受信制御部は検出した信号波を通信信号に変換し、通信システムに送る
 11. 通信システムは通信信号をリクエスト先に分配する

としました。

ポイントは、

　・スケジュール案の作成側（冒頭の「使用権の調整」）を戦闘時・臨戦態勢時とそれ以外のときで分けることで権限・責任の明確化、迅速化を図った
　・スケジュール案の作成を通信サブシステムが行い、ルイーゼ（本体）と担当者は作成のための優先順位などの条件の指示と承認のみを行うことで自動化、迅速化を図った

ことです。

また、通信サブシステムの機能に、

　・リクエストの整理ととりまとめ
　・スケジュール案の作成
　・通信信号の作成
　・通信信号の分配

が加わったので、それまで想定していた通信文の作成や暗号化、解読などの機能はそれぞれ情報サブシステムとすることにします。

あと、各種アンテナの構成として、

　・アンテナ素子
　・送信制御部
　・受信制御部

を登場させましたが、このほか、

　・支持構造
　・上記構成要素を維持管理するためのシステム（電源、熱制御、故障検出など）

も加わります。

最後に、通信はレーザー砲やステルスシールドで行うこともある（可視光・赤外線通信）ので、通信サブシステムは火器管制サブシステムや防御サブシステムにリクエストを送ったり、通信信号を受け取ったりすることもあります。

※１：不可能なリクエストを拒否して送り返すなど
※２：戦闘時・臨戦態勢時は戦闘システム、それ以外のときはルイーゼの通信サブシステムにまとめられる