前のページ 1/5 次のページ

ロケット(英:Rocket)は自らの質量の一部を後方に射出し、その反作用で進む力(推力)を得る装置(ロケットエンジン)、もしくはその推力を利用して移動する装置。外気から酸化剤を取り込む物(ジェットエンジン)は除く。

原理上、真空中でも推力を得ることができるため、主に宇宙空間での移動手段として使われている。また、ミサイルの動力として軍事的に利用される場合も多い。

狭義にはロケットエンジン自体をいうが、ロケットエンジンを搭載して人工衛星などのペイロードを宇宙へ打ち上げる打ち上げ機(Launch Vehicle)全体をロケットということも多い。

なお、推力を得るために射出される質量(推進剤、プロペラント)が何か、それらを動かすエネルギーは何から得るかにより、ロケットは様々な方式に分類されるが、ここでは最も一般的に使われている化学ロケット(化学燃料ロケット)を中心に述べる。

ロケットの語源は1379年、イタリアの技術者であるムラトーリ(Muratori)によって名づけられたRocchettaである。

◆ 概論

ロケットの方式で良く知られているものとしては、その使用するエネルギー源から分類して、化学ロケット、電気ロケット、原子力ロケットがある。

化学ロケットは、燃料の燃焼(化学反応)によって生じる熱エネルギーを利用し、燃料自体を推進剤として噴射するもので、効率は最も悪いが利用しやすい。また、短時間に大きな推力を発生させることができる。実用化されたロケットのほとんどは化学ロケットである。

電気ロケットは、イオン推進など、推進剤を電気的に加速して噴射するものである。人工衛星や宇宙探査機などのスラスターとして実用化されている。大きい推力を得ることは難しいが、長期間の使用に向く。

原子力ロケットは、推進剤を原子炉で加熱して噴射するもの、ロケットの後方で核爆弾を爆発させて推進力を得るもの(パルス推進)など複数の種類があるが、安全性の問題はもちろん、核兵器の宇宙空間への持ちこみを禁じた宇宙条約や宇宙空間での核爆発を禁止する部分的核実験禁止条約の制限により実用化されていない。オリオン計画やダイダロス計画といった構想が知られる。

なお、ロケットが推進する原理を「噴射したガスがロケットの後方の空気を押すから」と考える人もいる(かつてニューヨーク・タイムズが、この誤解に基づき真空中でロケットは飛べないと主張して、ロケット工学開拓者の一人であるロバート・ゴダードを批判する記事を掲載したという逸話がある)が、実際にはロケットは真空中でも推進可能であり、明らかな誤解である。これは作用・反作用の法則において、ロケットを質点A、空気を質点Bとみなした事による。こういう解釈だと、ロケット推進の作用を空気が受け止め、その反作用で推進力が生まれるので、真空ではロケットは推進不可能という結論になる。実際にはロケットの推進を作用・反作用の法則で説明する場合は、ロケットを質点A、ロケットの噴射するガスを質点Bとみなすべきなのである(つまりロケットとロケットの噴射ガスを同一の質点Aだとみなした事による誤解である)。あるいはロケット自体とロケットの噴射ガスに運動量保存の法則をあてはめれば、真空中でもロケットが推進できる事は容易に納得できるはずである。こうしたロケットの原理を示す式として、ツィオルコフスキーの公式が存在している。

化学ロケットでは、その最大の貨物は自らを宇宙空間まで運ぶ推進剤である。これは地球から長距離を航行しようとする際に大変な非効率をもたらすが、宇宙空間に中継地点を設けることである程度緩和されるのではないかと考えられている。アポロ計画の月着陸船が月から帰還するときに必要としたロケットが、地球から打ち上げられた際のサターンロケットに比べて驚くほど小さかったことからわかるように、重力が小さい場所から発進すればそれほど多くのエネルギーは必要としないのである。衛星軌道上に基地(宇宙ステーション)を設け、そこまで分割運搬した部品を組み立てて大きなロケットを建造し、そこから出発させるという方法などが考案されている。

また、ロケットを使わない静止軌道までの運搬方法として軌道エレベータなどが実際に検討されている。

新型のロケットを開発する場合、成否はロケットエンジンの開発にかかっていると言っても過言ではなく、計画遅延の原因はエンジン開発の難航が占める割合が大きい。

1960年代〜80年代にかけて、米国はスペースシャトルのエンジン以外、新型の液体燃料ロケットエンジンの開発には消極的だった為、欧州等に比べて出遅れた。その為、1990年代からロシアが開発した液体燃料ロケットエンジンを導入してライセンス生産している。

◆ 化学ロケット

化学ロケットは燃料と酸化剤を搭載しており、これらを燃焼させて高温・高圧のガスにして噴射する。燃料と酸化剤をあわせて推進剤という。この推進剤の形態から、ロケットは固体燃料ロケット、液体燃料ロケット、ハイブリッドロケットに大きく分類される。

固体燃料ロケットとは、常温で固体の燃料と酸化剤(の混合物)を用いるロケットで、古くは火薬、最近の例では合成ゴムと酸化剤を混合成型したものなどが使われている。

固体燃料は常温では飛散しないため管理(保管)が楽、構造が簡単な割に安価で大推力が得られる、体積が(液体燃料に比べ)小さいなどの利点を持つ。

反面、重量あたりの推力を示す比推力が悪いため効率が悪く、推力の制御が難しいこと、またいったん点火したら、燃料をすべて消費するまで燃焼を停止させるのはほとんど不可能であることなどの欠点を持つ。

前のページ 1/5 次のページ

・ロケット page1

・ロケット page2

・ロケット page3

・ロケット page4

・ロケット page5