こんにちは。宇宙の旅人Xです。
今回は、ロケットが宇宙空間でどのように進んでいるのかとロケットエンジンの基本的な仕組みについて解説していきます。
地球の重力から脱出して宇宙空間に飛び出すロケット。
宇宙開発といえば、ロケットを想像する方も多いと思います。
この記事を読み終えると、ロケットの基本的な仕組みとなぜ無重力空間で飛行できるかについて理解することができます！
ロケットの歴史
人類史上の中で最初に作られたロケットは、1200年代に中国で使用されたと言われています。この中国で作られた最初の固体ロケットは花火に使用されましたと言われています。
そして、ロケットの性能を向上させ、軍隊によって戦争で使われてきました。
アメリカやソ連などもロケットを製作し、より大きくより良い固体ロケットを作り、これらの多くは戦争にも使用されました。
1969年には、アメリカが「サターンVロケット」を作成し、アポロ計画の成功に貢献しました。
ロケットエンジンの仕組み
ほとんどロケットエンジンは燃料を高温ガスに変え、エンジンがガスを押し出し、宇宙空間に打ち上げられます。
ロケットのエンジンは、飛行機などに使われるジェットエンジンとは異なります。
ジェットエンジンが動作するには空気が必要です。
なぜなら、ジェットエンジンは、空気（酸素）をエンジンに取り込み、ジェット燃料と燃やすことによって出来た高温高圧なガスで飛行することができるからです。
一方で、ロケットエンジンは空気を取り込みません。ロケットエンジンは、空気のない空間でも機能するように燃料と酸化剤を動力としています。
＊酸化剤は、燃料や爆薬を燃焼させるときに使われ、酸素を発生させます。推進力を生み出すためには、酸素が必要不可欠なのです。
ロケットエンジンには主に2つのタイプがあります。
1つは、固定燃料です。固定燃料ロケットは、推進剤（打ち上げるための動力源）にブタジエン系の合成ゴムなどの燃料と過塩素酸アンモニウムなどの酸化剤を均一に混ぜ固めたものを一般的に使用しています。
固定燃料ロケットのメリットは、
・構造が簡単で開発や製作がしやすく信頼性が高い
・固定推進剤を一気に燃やすことが可能で、大きなパワーを生み出せる
という点です。
一方、デメリットは
・燃焼制御が難しく、推進力が長続きしない
ことが挙げられます。
2つ目は、液体燃料ロケットです。
一部のロケットは液体燃料を使用しています。スペースシャトルのメインエンジンやロシアのソユーズは液体燃料を使用しています。
液体ロケットは、推進剤に液体水素などの燃料と液体酸素などの酸化剤を用いています。それぞれが別々のタンクに入れられ、パイプを使って燃料室に送り込まれます。
燃料に酸化剤を送り込む方法は、ガス圧式とタービン式などが挙げられます。
液体ロケットのメリットとして、
・推進剤を調節できるので、推進力を止めたり、大きさを制御しやすい。
一方、デメリットとして
・構造が複雑で、製造や開発が難しい
という点が挙げられます。
宇宙空間でロケットが進む理由
無重力の宇宙空間で、ロケットが進むことに疑問を持つ人がいるかもしれません。
ロケットはどのように動いているのでしょうか？
ロケットは、ニュートンが提唱した「運動の第3法則」と呼ばれる科学的規則で説明することができます。
ニュートンの運動の第3法則を簡単に説明します。
ニュートンの運動の第3法則とは、物体Xに力を加えたとき、物体Yに同じ大きさの逆向きの力が加わるというものです。
アイススケートで、氷の上を滑るときを想像してください。
止まった状態からリンク上へ滑り出す時、壁を押した分の力だけ、氷の上を滑ることができます（滑るだけで何もしない）。
ロケットが無重力である宇宙に行っても、エンジンから推進力を発生させることで飛行させることができます。
ロケットの後方から発したガスの推進力を使い、前に進むということです。
しかも、空気抵抗がないため、地上よりも少ない動力で移動することができるのです。
ロケットが東向きに打ち上げられる理由
ロケットが打ち上げられる方向は基本的に決まっていることを知っていますか？
人工衛星を搭載したロケットは、基本的に東に打ち上げられるのです。
詳しくは、「ロケットの打ち上げられる方角って決まってるの？なぜ東に？」をご覧ください。
まとめ
まとめると、
ロケットの歴史から宇宙で飛行できる原理まで幅広く理解できたと思います。
ロケットは、地上と宇宙をつなぐいわば輸送機のようなものです。
この機会に、ロケットにそして宇宙に興味を持っていただければ幸いです。
参考文献
コメント
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