物理学と技術 | 技術輸送技術ロケット宇宙船を地球周回軌道に乗せるためには、莫大なエネルギーが必要だ。地球に帰還するときには、宇宙船の運動エネルギーは地球の大気との摩擦によって熱となり、降下速度が減少する。ロケットは反作用の原理に従って飛ぶ。化剤には液体酸素か酸素を含んだ化合物な人工衛星や宇宙飛行士は打ち上げロケッそれぞれの軌道上で互いに相手に近付いて推進装置から燃焼ガスを後方に噴出させるどを使用する。液体燃料ロケットを始動すトで宇宙に運ばれるが、宇宙船を軌道の高いく。必要ならば、それからドッキングすると、ロケットと噴出ガスの質量とが互いに反るには燃料と酸化剤を燃焼室にポンプで送さまで打ち上げるだけでは十分ではない。こともできる。ランデブーの技術は、宇宙で発することによってロケットを前方に進ませり込み点火する。生じた排出ガスは高速でそこから、軌道を回るのに必要な速度までる。この力を推力といい、排出ガスの速度とノズルを通って出て行く。加速する必要がある。例えば、高度 300 km 飛行士を国際宇宙ステーションに運んだり単位時間当たりの燃焼ガス量が増えるほど、ロケット燃料としては、数ある燃料のうほどの低軌道では、秒速 8ｋｍの速度となする際にも使われる。推力が増大する。る。これは地表すれすれの場合だ。もっとこうしたランデブーでは、通常片方の宇高い軌道を回る衛星は、これよりも遅い。宙船が待ち受けて、もう片方が近付いていち、液体水素、炭化水素あるいはヒドラジン H イオン推進ロケットSMART 1 は、欧州宇宙機関が使われている。固体燃料（ ESA ）が打ち上げた探査機に使われた。多段式ロケットの概念衛星などの重量物を地球周回軌道に乗せる場合には、多段式ロケットが使われる。この方式では、各段が独自のエンジンと燃料タンクを備える。各段が燃料を使い果たすと切り離され、次の段が点火される。こうして衛星を点検するのに役立つし、機器や宇宙ロケットでは、燃料と酸化剤く。近付いていくほうの宇宙を混合した固体燃料が燃焼船の飛行は、位置、速度、室に蓄えられている。ハイブ軸、角度が相手と同じになるリッド推進剤は通常、固体ように、厳密に制御しなけれ in focus ｢カナダーム｣は、軌道上で重量物を操作するためのロボットアームだ。打ち上げ場所赤道付近で打ち上げると、ロケットはすでに地球の回転速度で運動していることになる。そのため加速エネルギーが少なくて済む。燃料の重量地球の重力と空気抵抗に打ち勝つためには大量の燃料が必要であり、ときにはロケットの打ち上げ時重量の 90 ％に達する。燃料と液体酸化剤を組み合ばならない。この複雑な操作は、地上局および近付いてい使われた炭素気化却材の場合、外部温度がくほうの宇宙船がレーダー 2000℃を超えても、内部の温度は 27℃に冷却方法で追跡しながら行う。とによって、各段の推進力か加速度を得ることができる。 H 米 NASA のスペースシャトルで使われるマニピュレータわせて使用する。ロケットの重量が減っていくこ H 多段ロケットによって効率的に大きな 367 宇宙への出発と帰還ロケット・エンジンは、反作用の原理によって力を伝える。これは飛行機のジェット・エンジンと同じだが、ジェット機よりも、けた違いの推力が必要であり、真空の宇宙でも飛べなくてはならない。 basics 366 保たれた。ほかの方法として、スペースシャトルに使われてきた耐熱タイルがある。ら大きな加速度を得ることがロケット燃料が燃焼するできる。各段を縦に重ねたり、と極めて高温になる。そのた固体燃料の補助ロケットを横め燃焼室とノズルを冷却す宇宙船が地球に帰還するに束ねたりする。る必要がある。エンジンが大ときには、まず軌道上でエン衝撃を緩和するため、内蔵する制動用ロケきい場合は、低温の液体燃ジンを点火して減速を開始すットを地上付近で噴射するものもある。スペ大気圏再突入最終的に宇宙カプセルはパラシュートで着陸する。カプセルによっては、着陸時の料を燃焼室やノズルに沿っる。宇宙船の速度は非常にースシャトルは、飛行機のように着陸でき飛行機との根本的な違いは、飛行機のエた配管に通して、冷却材として働かせる。別大きいため、大気圏への突入る点では優れている。ただ、そのために打ちンジンが空気中の酸素を使って燃料を燃やの方法は、高温になる部分について、熱を操作は極めて細心の注意が上げ時の重量は大きくなり、技術的にも複すのに対し、ロケットは空気のない宇宙を通しにくい材料で被覆してそれが徐々には必要である。地上に近付くと、雑になるのが欠点である。飛ぶための酸素を自分で持つことだ。がれていくようにする。固体燃料では燃料と濃くなっていく空気との摩擦推力を得るにはいくつか方法がある。化酸化剤の混合比を調整し、燃焼室の外周部によって、船体は火の玉にな学推進エンジンの燃料は固体か液体だ。酸分だけは燃焼温度が低くなるようにする。り速度が落ちる。 H 打ち上げ直後の米 NASA のスペースシャトル・コロンビア。コロンビアの飛行は数々の成功を収めてきたが、2003 年の 28 回目の飛行で、大気圏再突入時に事故を起こして、完全に破壊された。電気推進ロケット電気ロケット・エンジンは、イオンガスあ軌道上での操作るいは蒸発しやすい金属を推進剤に使う。宇宙船のこの発熱量と減速量は、再突入時の速度と角度によって変わる。減速作用は有人宇宙船カプセルにとって過酷なも宇宙船が低軌道から高軌道に移動する場のとなるが、わずかに浮力が生じるようなカは磁気で加速して噴出させる。ただし、この合、一定の時間、エンジンを噴射する必要プセル形状にすれば、緩和することができ方式では十分な推力が得られないので、地がある。この噴射によって速度が増すと、る。摩擦熱の一部は気流によって発散され電荷を帯びた推進剤の気体分子を電気また上からの打ち上げには使えない。しかし衛軌道は楕円形に膨らむ。楕円軌道の一番遠星の姿勢制御や宇宙探査機の推進としてはい位置に来ると、再びエンジンを噴射する。は熱遮蔽が不可欠だ。十分な推力があるため、そうした用途ではこの噴射で得られる推力によって、新しい軌使われることがある。道にぴったり合った速度まで、正確に加速蒸発する際に熱を奪う現象を用いるのが、する必要がある。いわゆる気化冷却である。それに適した材るが、再突入で燃え尽きてしまわないためにしゃへい H 発射台に運ばれるロシアのプロトン Mロケット。ブースターを取り付けている。 H 本体に付けられた固体燃料ロケットブースター。打ち上げ時に使われ、推進剤を使い切ると本体から切り離される。カプセルの被覆材が熱せられて、溶融・ランデブーの場合には、2つの宇宙船は、料で外壁を覆う。例えば、アポロ宇宙船に p.413（ベクトル）参照を用いた実 H 1998 年、大気圏再突入実証機（ ARD ）験により、再突入技術の詳細な検討が行われた。