宇宙に飛び出すのにどうしてロケットみたいな巨大推力が必要？

質問

昔から疑問に思っていたのですが、宇宙に飛び出す程度のことに、どうしてロケットのような巨大な推進力が必要なのでしょうか？　重力加速度をほんの少しだけ上回るだけの上向きの加速度を継続的に物体に与えていけば、宇宙に行くはずです。しかも大気中では空気による浮力も、上向きの加速度として加算できます。重力加速度に打ち勝つだけの力を上向きに生成するには、ロケットエンジンで消費される燃料で発生するような、巨大なエネルギーを必要とするのでしょうか？

回答No.13

SCNK · ベストアンサー

「加速のためのエネルギーを外部から供給を受けながら加速するということはできないのでしょうか？　太陽の光を用いるとか、強烈な宇宙線のエネルギーを用いるとかです。」
エネルギーを外部から得るということは、燃料がペイロードに比べ無尽蔵に大きくなることですから、構造効率を１００％にしたのと近い結果となり有効な方法です。いま考えられている方法としてはお猪口のような形のエアインテークとノズルをあわせたようなものを作り、そのノズル部分を地上からレーザー光線で熱すると内部の大気が加熱されノズル部分から噴射し、その分の大気をインテークから吸い込むというものです。もっともこれは大気圏内でしか使用できませんが、打ち上げ用ブースターとして考えれば使えるアイデアでしょう。
ロケットの燃料（と酸化剤）は実は二つの役割を担っています。一つはエネルギー源であり、一つは反作用を生み出すための放出質量です。今の例はその二つとも外部から得る方法です。
もし放出質量は内部に積むということであれば、エネルギー源を太陽電池に頼るなどの方式も考えられ、実際にイオンロケットやプラズマロケットなどはその例と言えるでしょう。これらは推力こそ小さいのですが、比推力は数千に達するものです。

あっ、それから多段式ロケットは切り離しで反作用を得るのではなく、構造効率を上げる手段です。燃え殻を後方に打ち出すわけではありません。

回答No.12

ken65

ロケットは切りはなすのほごぞんじだと思いますが，これは運動量保存即を利用しているのです。燃料を使い切ったら容器は捨て，しかも容器を捨てる反作用で推力を得る。単純にいえば，以上の考え方だと思います。

回答No.11

nubou

ホールクラスタで１Ｇを超える加速度を発生させるのは不経済な気がします
無重力の状態で推進力を得る場合はわずかな加速度でいいのですから
その場合は利用できるでしょうが

回答No.10

nubou

地上でできるだけ多くの燃料を使って速度を上げると燃料を上に運ぶ必要がないし楽でしょう
多段式になっているのも燃料タンクが空になったら捨てることによって軽くなるからと多少の推力が得られるからです
ちょっとづつだと長い時間燃料とタンクを運ばないといけないですね

補足

ホールクラスタを用いると、どうでしょうか？
http://www.al.t.u-tokyo.ac.jp/
もっと、小さな速度でゆっくりと加速して宇宙までいけませんか？　宇宙に出たら、太陽光を帆に受けて進んでいくということを考えれば、どうでしょうか？

回答No.9

SCNK

却って燃料消費が大きくなるという回答について疑問があります。ロケットというのは燃料の消費率で推力が変わるのです。しかしロケットそのものの最終到達速度は推力とは別に比推力と構造効率によって決まるものです。
小さな推力であっても、それだけ長時間燃焼させるわけですから、最終的な到達速度は同じというのが理論的な結果です。
空気抵抗は速度の二乗に比例しますから、空気抵抗を考えた場合はゆっくり上昇させた方が却って小さな燃料消費で済むはずです。
事実、ペガサスはB-52爆撃機に吊り下げられて空中発射しますが、この場合、一段目はB-52爆撃機ということができます。このとき爆撃機の燃料使用量は通常の１段目ブースターを使用した場合とくらべ少ないもので済んでいます。ベガサスそのものも有翼式であり、その揚力を使用できるため、従来の地上発射ロケットより小型で済むのでしょう。
通常のロケットが地上から加速を開始するのは、燃料節約よりも誘導などの面で難しいというのが理由ではないでしょうか。それと燃焼ガスの速度を低速にするのは現在の化学ロケットでは難しいことも挙げられると思います。またどのようにゆっくり燃焼させるかという面でも難しいものがあるでしょう。

回答No.8

pioneer2002

なんどもすみません。m(_ _)m
どうも、質問の意味を間違えてしまったようです。m(_ _)m
お叱りを受ける前に謝罪致します。
No.３とNo.８の、大ばか者、の回答は、無視してください！！m(_ _)m (>_<)

回答No.7

westpoint

仰るように、ゆっくり加速を続けて宇宙へ出た場合、トータルで使用されるエネルギーはロケットより多くなっちゃうんですよ。

推進エネルギーが1/100でも、時間が百倍かかればトータルは同じ、空気抵抗によるロスを考えれば早く打ち上げちゃった方が効率的なんです。

回答No.6

ShaneOMac

一番大きな理由はロケットなら空気がないところでもＯＫだからということでしょう。フライトシムをやったことがある人なら経験があると思いますが、プロペラやジェットでどんどん上空に向かって飛んでいくと空気が薄くなり推進力が極端に落ちていきます。

回答No.5

SCNK

皆さん、宇宙第１速度に達する必要性は述べているようです。この点については私も同じ回答ですが、付け加えれば、ゆっくり上昇してから加速しても良いということは理論的には言えるわけです。しかしその時の加速に大きな燃料が必要なことは同じことですから結局は地上から加速するのでしょう。確かにトータルな燃料は少なくて澄むかもしれません。それだけ純粋に加速のために燃料を使うことになりますからね。
浮力のことを言及されていますので、付け加えるとロックーンという方式をご存知でしょうか。気球を使用してある程度の高度まで上昇させてからロケットを発射する方式のことです。
ロケットの打ち上げで問題となるものに空気の抵抗があります。補助ブースターをつけて打ち上げるのは実は空気抵抗に打ち勝つためでもあるわけです。飛行機から発射する方式もあります。ペガサスやスカイボルトがこれに当たりますし、ミニットマンをC-5輸送機から落下傘降下させて空中発射させた例もあります。これらは空気抵抗の影響を避けることを一つの理由として行われるものです。
低高度で時間を掛けて上昇するのは実際にはいろんな問題があるでしょう。そもそもロケットというのは長時間の燃焼には問題が多いいのです。安定性も悪いので制御も難しくなります。でも研究はされているようですよ。空中でホバリングする実験を見たことがありますが、ノズル部分が焼けてしまい修理が必要だったそうです。

補足

加速のためのエネルギーを外部から供給を受けながら加速するということはできないのでしょうか？　太陽の光を用いるとか、強烈な宇宙線のエネルギーを用いるとかです。

回答No.4

ZhakTin

上昇加速度を小さくすると、軌道高度に到着するまでに時間がかなりかかってしうため、、
結局、燃料と酸素で大きな容積・重量が必要となり大きな推力が必要になってしまいます。
上昇加速度、到達時間、燃費・燃料量の関係式で一番合理的なのが現在の形なのではと思います。

また、＃２さんの回答にあるように、軌道に乗せるにはスピードが必要です。
静止衛星の場合は、高度3万6000キロで速度は秒速3.1キロです。
高度が低くなるにつれてもっと速度は必要になります。
このスピードが無ければ、上昇力がなくなると落ちてきてしまい、人工衛星としては使えないのです。
ちなみに発射の際には地球の自転スピードが加わっていて、その速度を利用するため、
ロケットは打ち上げ後すぐ自転と同じ向きへ傾いて上昇していきます。

回答No.3

pioneer2002

たしかに、大気中では、簡単に上へいけますよね。でも、その上の大気圏を抜けるのには、１１km/秒という、とんでもない速度が必要です。（それ以下の速度では、大気中に引き戻されます。）という訳で、それだけの速度を出すには、巨大なエネルギーが必要です。
　あと、おまけを書いておくと、ブラックホールと呼ばれる所では、そこを抜け出すのに、光以上の速度が必要です。（このなかで、光を、宇宙へ向けても引き戻されてしまう。）

補足

大気圏を抜けるのには、１１km/秒という、とんでもない速度が必要というのが、納得できません。これは、上向き加速度を維持できない物体でも大気圏を抜けるためには、１１km/秒という速度が必要ということではないでしょうか？
もし、上向きの加速度を維持しつづけられるのであれば、速度は１ｍ／秒でも大気圏を抜けられるのではないでしょうか？