ロケットの燃料タンクは何故あんなに大きいのですか？

質問

ロケットの燃料タンクは全体の質量の９０％以上と聞きました。これでは燃料タンクを打ち上げるために燃料を使っているのではないかと思われるほどです。もっと効率の良い打ち上げ方法がないのでしょうか？例えば、地上で、加速（リニアモター軌道で時速１０００ｋｍまで加速）してから航空機のように成層圏まで上昇させ、そこで衛星本体を切り離し、軌道まで打ち上げることができないのでしょうか。

回答No.9

oigennkikero

ロケットエンジンは空気のない宇宙空間で人工衛星軌道に乗せるのに必要な秒速7.9km以上を得るために、大変多くの燃料を消費して、燃料がなくなったタンクを部分を切り離して、身軽になりさらに小さなロケットエンジンで加速する多段式ロケット方式で、得られるのです、さらに地球の重力圏を抜け出すには秒速11.2km以上に加速しないと、月にはいけません、巨大なタンクが、ロケットを大型化させるのです、そこで、制御が難しく乗り心地が悪いが、エネルギー密度の高い固体燃料にすると、小型化で出来それにより、R-7核ミサイルは液体燃料方式では300トン近くあったガ、最新の3段式固体燃料ロケット方式のトーポリM核ミサイルは、47トンまで軽量、小型化できました、そこでシャトルや日本のH-2Aロケットは両脇に固体ロケットブースターで加速することで小型軽量化に成功しました

回答No.8

utyuutarou

超小型の衛星を空中発射するぺガサスロケット以外ほかにはありません。ほとんどのロケットは空になったタンクを捨てて効率を上げています。ロケットエンジンは最も燃費が悪く最も小さいエンジンで１００トンのものを４００秒近く持ち上げる強い力を発生します、その代わりにＨ-2ロケットエンジンのＬＥ-7エンジンで液体水素だけで１秒間にドラム缶２.５本を消費します。液体水素は、液体酸素と組み合わせて最も燃費がよいが、水素分子が小さいので軽いがカサが無く直径4ｍのタンクガ必要です。現在の技術ではなるべく小型にするために高性能の燃料、すなわち液体水素を使うと、全体重量３００トン程度のロケットになります、それだけロケット燃料を大量消費しないと地球の重力圏から脱出して宇宙へ行けないのです。

回答No.7

2050335

ロケットの打ち上げは燃料を打ち上げているようなものですから。
ロケット本体と搭載した衛星などにはもちろん重さ（質量）があります。
なので、これらを宇宙空間まで打ち上げるのに燃料がいるわけなのですが、この燃料にも質量があるので、増えた分を打ち上げるためにさらに燃料が要ります。そしてその増えた燃料にも質量があるので、それを打ち上げるための燃料がさらに要ります。そしてその増えた燃料にも・・・
という悪循環が起きているため、ロケットはほとんどが燃料で出来ているのです。しかし、これをずっと続けていくときりがないので、ロケットを多段化して要らなくなった部分を捨てて身軽になって、燃料の消費を抑えている、というわけです。

マスドライバーで打ち上げ、というのはアニメでよくありますが、現在地上での最高速度を記録したのは、山梨リニア実験線の「JR式マグレブ」の581,9km/h、マッハ0,475、航空機での最高速度はアメリカ空軍所有のロッキード社製ステルス戦闘機「SR71-A　ブラックバード」の3372,4km/h、マッハ2,755なのですが、物体を衛星の周回軌道に乗せるためには最低27800km/hが必要で、これはマッハ22,712なので、JR式マグレブに衛星とSR71-Aを乗っけて射出し、そこからSR71-Aで成層圏まで上昇して衛星を射出したとしても、衛星はそのまま墜落してしまいます。

なので、今の所一番確実に打ち上げる方法として、ロケットが使われているんです。

回答No.6

rabbit_cat

ロケットは、ものすごく簡単な仕組みで飛んでいます。単純に運動量保存則を使っているだけです。
ジェットエンジンなどは、外から取り込んだ空気を高速化して後ろに吐き出していますが、ロケットは自ら燃料タンクにつめて運んできた物体（燃料＋酸化剤）を高速に後ろに吐き出しています。

水の上を進むジェットスキーで例えれば、
・普通のジェットエンジンは、船の下の海水を取り込んで高速で後ろに吐き出して進みます。
・ロケットは、海水を取り込むのではなくて、自分で水タンクを持っていて、タンクの水を高速で後ろに吐き出して進みます。

ジェットならば、水自体は周りの海水を取り込むので、燃料としては水を高速化するエネルギー分だけを持っていけばすみますが、
ロケットでは、水を高速化するための燃料だけではなくて、水自体も自前で持ってるってことです。

したがって、ロケットは取り込むものがない真空でも飛べますが、効率はものすごく悪いですね。

回答No.5

noname#13382

#4 です。思い出したことの補足です。

以前に(確か'80年代だったと思いますが)ジャンボジェットにロケットを積んで(主翼下にぶら下げる)、成層圏から低軌道へ衛星を打ち上げる実験にアメリカが成功しています。
そのときのロケットはかなり小型軽量だったのですが、ミサイル技術への転用を恐れたソビエトとの条約で、航空機からのロケット発射は現在禁止されています。
解禁されれば、yuritomo さんのおっしゃる効率のよいロケットが作れると思います。

回答No.4

noname#13382

燃料タンクが大きいのは酸素を搭載しているからです。

宇宙空間で推進剤を燃焼させるために酸化剤(固体燃料方式：推進剤に混ぜている)または液体酸素(液体燃料方式)を搭載するので、重量増を招きます。

yuritomo さんのおっしゃるとおり、ロケットは燃料を運ぶために燃料を消費しているようなもので、推進方式としては一番効率が悪い方法です。そのためにロケットを多段化して不要になった部分を切り離していくのです。

大気圏内を飛行するなら、レシプロエンジン→ターボプロップエンジン→ターボファンエンジン→ターボジェットエンジン→ラムジェットエンジン→ロケットエンジン の順に効率が悪くなります。

余談ですが、日本からアメリカへの航空機も燃料を運ぶために燃料を消費しているようなものです。
B-747 で無着陸横断するよりも、B-767 でハワイ経由の方が効率ははるかによいです。
長距離爆撃機で空中給油をするのは、離陸時にできるだけ搭載燃料を減らしておいて、途中で給油する方が効率がいいからです。

お礼

有難うございました。大変わかりやすく納得できました。

回答No.3

yakitako

ロケットのエンジンは自動車のエンジンと違い、構造が単純です。
燃やしたガソンリンで、ピストンを回して、それを動力に変える、みたいな事をしません。
燃やしたぶんで、直接、推進力をつくってます。
駆動に関与する部品の比率が小さいことが、逆に、燃料の割合を増やすことにつながっています。

あと、お書きのように、
そもそもの燃料自体も大量に必要だということもあるのですが。
自動車は加速がついたらアクセルを離せますが、
ロケットはちょっと一休みというワケにはいかないので、ガバガバ燃やし続けるんですね。
重力に真っ向から逆らうエネルギーは、相当のものです。

お礼

有難うございました。重力に逆らうことは大変なことなのですね。

回答No.2

noname#26108

まず、ロケットはゆっくり昇っていくように見えますが、実は物凄いスピードを出しています。

スペースシャトルのように比較的低軌道への打ち上げに必要な速度は秒速7.9km/s（第一宇宙速度）、静止衛星並みの高軌道や月へ行こうとするならば秒速11.2km（第二宇宙速度）が必要です。これをマッハで表現するなら前者はマッハ23（28440km/h）、後者はマッハ32（40320km/h）になります。これだけのスピードを出せる乗り物が、まずロケット以外存在しません。

しかも今日では運びたいもの（シャトルや宇宙ステーションの資材や衛星）の重さを考え合わせると、なおさら地上から打ち上げた方が効率的ではないかと思われます。小型軽量のものであれば、マスドライバーなんかを使って宇宙空間へ放出する事もいずれは可能になると思いますが、ロケットを用いるという事は、それなりの質量を持った物体を打ち上げなければならないという事でもあります。

自重も含めてかなりの重さの物を、宇宙速度を突破して運べる技術が、今の所はロケットしかないという事だと思います。ちなみにもっと軽いものであれば、成層圏まで運んで切り離した後、ロケット推進で宇宙空間へいけるものも確かありましたね。つい最近あったヴァージングループが後援した宇宙旅行なんかがそんなタイプだと思います。

お礼

早速のご回答有難うございました。わかりやすいご説明で納得いたしました。

回答No.1

nrb

加速（リニアモター軌道で時速１０００ｋｍ／Hなら
地球にお戻りですね
　それに大気圏まで行くだけの加速装置を付くなら１００Km位長さの設備が居るわけで・・・・・
　維持費、建造費なんかべらぼうです
　低高度衛星軌道の軌道速度は大体、秒速7～8キロ
　それに発射スピードが４Km／ｓ以上とするなら
　その後に成層圏で加速とすると
　時速１万８００ｋｍになりますので
　今の技術では不可能ですね

　石ころ１つで大事故が簡単におこるわけですから
　大きさか考えると地上で毎時１０００Km以上は現在では不可能
　無謀です

　ロケットの方が安全性が高い
　ロケットのコストが安い

　のでどだい無理ですね

お礼

有難うございました。今の方式が無駄なように見えて、最も有利なものなのですね。