真空チューブ列車

真空チューブ列車（しんくうチューブれっしゃ、英: Vactrain）は、内面が滑らかなV字型チューブを地下、または海底に埋め、中を真空にし、摩擦力と空気抵抗をゼロに近づけることにより、地球の重力や最小限のエネルギー付加によって物資を輸送するシステム。真空チューブ鉄道、真空チューブ輸送、真空列車ともいう。

これは真空化されたチューブ、もしくはトンネルの中をリニアモーターカーが走るというもので、現在、地域ネットワークを形成するために調査、研究されているが、この提案者は大陸横断、大陸間横断のルートとして地下鉄ネットワークを形成し、それに真空列車を使用することを示唆している。速度はマッハ5から6を想定しており、地下深くに建設され、加速には重力も利用することにより、ロンドン-ニューヨーク間が航空機よりも早く輸送できるようになることをディスカバリーチャンネルの『エクストリーム・エンジニアリング』という番組の「トランスアトランティック・トンネル（大西洋間トンネル）」の回で放送している。

理論上は海の中を通ることにより、真空のトンネルを深いところに設置することが可能となるため、非常に高速な大陸間の旅行ができるようになる可能性を秘めているが、実際にはトンネルの建設と真空状態の維持に多額の費用が掛かることが予想される。

原理

（詳しくは位置エネルギーやポテンシャルを参照のこと。）

地球上の物質は、すべて地球の重力により位置エネルギーを持っており、地球中心より離れるほど（つまり高い場所にあるほど）大きな位置エネルギーを持っている。高い場所と低い場所の位置エネルギーの差は、その間を移動する運動エネルギーに等しい。すなわち、

（高い場所の位置エネルギー）＝（低い場所の位置エネルギー）＋（高い場所と低い場所を移動する運動エネルギー）

となる。よって、低い場所から高い場所へ移動するには、物質にその差分の運動エネルギーを付加しなければならないことになる。

一方、高い場所から低い場所へ移動するには、地球の重力により落下するという現象により、自然に運動エネルギーが付加される。この運動エネルギーを過不足なく利用できればその物質はまた同じ高さの場所へ戻れるはずである。この原理を利用したのがこのシステムである。

加速時は列車の重み（地球の重力）で坂を下り、これにより得た運動エネルギーを使用して坂を上って同じ高さへ戻る。いわばジェットコースター的な鉄道である。ただし、現実にはチューブと列車の接触が避けられず摩擦力をゼロにするのは不可能なため、坂を上っても列車が同じ高さに戻ることはできない。よって、補助的にリニアモーターで引き上げる方式も考えられた。

また、加速を付けるのに地球の重力を利用しない方法も考案された。そのひとつが、次に説明するロケットエンジンの推力を利用する方法である。

各国の歴史

19世紀後半以前より、アメリカ大陸とブリテン島を結ぶ大西洋のトンネル建設の提案が存在した。このアイディアはドイツの小説家、ベルナルド・ケラーマン (Bernhard Kellermann) の書いた『Der Tunnel（邦題：トンネル）』で提案された。この作品は1933年ドイツで映画化され、さらに1935年、イギリスで『Transatlantic Tunnel』という題名でリメイクされた。

現在の真空列車の概念は、空中に設置されたチューブ内を磁気浮上式リニアモーターが走るというもので、アメリカの技術者、ロバート・ゴダードが大学生時代に詳細な試案を1910年代に創始したものである。ゴダードは1945年死去するが、死後、発見された彼の案によれば、列車はボストンからニューヨークまで時速1,600kmで走るもので、12分で到着するものであった。

真空列車についてはその主要な提唱者でありランド研究所員のロバート・F・ソルター (Robert F. Salter) が1970年代に発表したものがあり、彼は1972年、詳細な記事を書き、1978年に再発表した。彼は詳細として当時のアメリカ政府が利用可能な技術を利用して、チューブ内を走る列車が構築できるはずであると楽観的に話した。しかし、その時点ではリニアモーターカーはまだ開発されておらず、ソルターは鉄の車輪で建設をすることを提案していた。

深い地下内に設置されたチューブ内は扉が開放され、真空状態であるチューブ内を空気が後ろから列車を押すことにより、列車を加速させ、巡航速度に達すると今度は重力を用いてさらに加速させることになっていた。その後、巡航速度まで達した列車は前で希薄になっている空気を入れることによりその速度を抑え、減速することになっていた。また、駅には空気ポンプが設置されており、列車とチューブの隙間や摩擦などで失われる空気圧を補充することになっており、列車自体に動力が必要ではなかった。その後、修正されたこの重力と大気を用いた列車案はエネルギーの消費は無いが、亜音速が限界であった。そのため、大陸横断するよりも数十から数百マイルを走るのに適しており、最初のルートも提案された。

列車には連結器が存在せず、各々の車両が密接するようになっており、路線は鋼を用いる関係上、簡単に曲線を作るわけにいかなかったため、直線で作ることを求められていた。終点では列車は側線に入れられ、終点の空間へ移されることになり、路線は列車が通るチューブとさらに外側にトンネルを持つことになっていた。そのトンネルには水が投入されて、チューブの高さを調整し、このトンネル内の水は列車が巡航速度で走れる高さへチューブを保つことになっていた。また、この水による高さ調節は減速する際にも用いられることになっていた。

路線としてはボスウォッシュルートが提案され、9つの駅（ワシントンD.C.、メリーランド州、デラウェア州、ペンシルベニア州、ニューヨーク州、ロードアイランド州、マサチューセッツ州にそれぞれ1つずつ、コネティカット州には2つ）が提案された。また、通勤列車としてサンフランシスコからニューヨーク間の案があり、より長くチューブ、より重い列車を使用することになっていた。さらに、ニューヨーク市内では3本の路線を建設することになっており、バビロン、パターソン、ハンディングトン、エリザベス、ホワイト・プレインズ、セントジョージへそれそれ駅が作られる予定であった。

ソルターはそれらのシステムが陸上輸送、航空機による大気汚染をこれらに置き換えることにより、環境破壊を抑えることになると指摘した。ソルターは最深度高速鉄道（チューブシャトル）をアメリカの「次世代への論理的ステップ」と呼んだが、結局、この案は採用されることはなかった。

これらのレポートが発表されたとき、すでに日本において、新幹線が高速列車の例として走っていたため、アメリカの国威として問題であり、また、磁気浮上式鉄道は当時、最先端の技術であった。アメリカン・プレーントラン社 (The American Planetran) はアメリカ合衆国内で大陸横断地下鉄を建設、ロサンゼルス、ニューヨーク間を1時間で結ぶことを発表した。トンネルは数百フィートの深さに固定状態で埋められることになっており、建設にはアライメントを確実にするため、レーザーを使用、また、タングステンを用いて火成岩を溶かすことになっていた。トンネルは抗力を最小限に抑えるため、部分的に真空を維持するようになっていた。平均速度は時速4,800kmで重力波は最大でも1.4回、乗客に圧力をかけるだけであったが、ジンバルで支えられた客室を利用することが必要であった。しかし、巨額な建設費（1兆米ドル以上）がかかることから、結局ソルターの提案が実行されなかったのと同様に、中止となった。

フランク・デービッドにより最近提案された真空列車は英仏海峡トンネルプロジェクトの初期メンバーと日本の技術者（Yoshihiro Kyonati ?）らにより海底にチューブを浮かせて、それをケーブルで固定するものでチューブは海流など水の動きを避けるために海面下300mに置くという案である。

中国は、最高時速4000kmの「真空リニア」を2020～2030年の実用化を目指し、開発中である^[1]。

日本における歴史

ロケット式の開発と挫折

昭和34年（1959年）から10年以上にわたり、戦時中に四式重爆撃機の開発を担当し、当時名城大学理工学部教授（のちに学長に就任）であった小沢久之丞により、真空チューブ内にロケットを走らせるという「ロケット列車」の実験が実施された。実験で使用した車体は全長1m、直径8cm、重さ6.7kg、ニトログリセリンによるロケットエンジン搭載というもので、昭和45年（1970年）の実験ではミドリガメとカエルを乗せて1,600mを3秒で滑走し、計算上の時速2,500kmという驚異的な記録を出した。これは、東京～大阪間を14分で走り抜ける速度である。ただし実用化のためには加速時の加速度（約30Gと言われ、もし実際に人間にこのGが掛かれば内臓破裂で死亡するとも言われる）対策という困難な課題があり、未解決のまま小沢の死去により開発は終了した。またこのときほかにあまりの高速で安全に止まれないなどの問題があり、実際に一回目の実験では止まりきれずに脱線、四散したため乗せていたミドリガメが「殉職」している。(高加速度への対策としては体の密度と同様の密度の液体を満たせば解決できる。)^[2]

今後の見通し

昭和40年代から50年代の少年用の科学系の図鑑には「未来の鉄道」として掲載されていたことが多かったが、現実には大断面チューブの強度や真空を保持する方法、安全性、さらに駅部などの「真空ではない空間」との取り合い等技術的な課題が山積しており、今のところ実現の見込みは立っていない。

補足

平成18年（2006年）5月14日閉館の東京・万世橋の交通博物館には、リニアモーターカーの模型とともにこの真空チューブ列車の簡単な模型があり、ボタンを押して動かすことができた。

架空の世界

真空列車はSFの世界に登場する。

『Rescue Party（邦題：太陽系最後の日）』（1946年刊）：アーサー・C・クラーク
『The Night's Dawn Trilogy』（三部作）：ピーター・F・ハミルトン
『Buying Time』：ジョー・ホールドマン
『A World out of Time（邦題：時間外世界）』（1976年）：ラリー・ニーヴン
『Friday（邦題：フライデイ）』（1984年）：ロバート・A・ハインライン
『Elleander Morning（邦題：エリアンダー・Mの犯罪）』（1985年）：ジェリー・ユルスマン
「Thursday Next（邦題：サーズデイ・ネクスト）シリーズ」：ジャスパー・フォード
「フラッシュ・ゴードンシリーズ」（コミック）
『Logan's Run（邦題：2300 年未来への旅）』（映画）

また、TVシリーズ『SPACE:1999（邦題：スペース1999）』では月の真空列車を描いており、映画『Star Trek: The Motion Picture（邦題：スタートレック）』（1979年）において23世紀のサンフランシスコにある真空列車を描いている。また、ジーン・ロッデンベリーが初期に製作したTV番組、『Genesis II』、『Planet Earth』でも真空列車が登場している。類似した輸送システムについてはドナルド・フェイゲンが1982年に製作したアルバム『The Nightfly（ナイトフライ）』の「I.G.Y.(International Geophysical Year、国際地球観測年)」が1950年代の技術的理想的ユートピアを集約する中にも登場している。

脚注

^ “時速4000キロのリニアモーターカー、20年の実用化を目指す―中国”. (2010年5月25日) 2010年5月28日閲覧。
^ かつて大阪の弁天町の交通科学博物館に模型が展示されていた。

参考文献

奥猛　京谷好泰佐貫利雄『超高速新幹線』中公新書、1971年1月。ISBN 978-4-12-100272-3。

外部リンク

[1] “時速4000キロのリニアモーターカー、20年の実用化を目指す―中国”. (2010年5月25日) 2010年5月28日閲覧。

[2] かつて大阪の弁天町の交通科学博物館に模型が展示されていた。

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原理