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.2

stingray

まず誤解の解消から。

＞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。

確かに宇宙へ行きます。ただ，地球の重力圏を抜けるまで，
継続的に重力に逆らい加速しなければいけないわけですから，
結果的には落ちてきます。

＞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。

空気があれば・・・の話ですがね。
空気があるのは地上２０ｋｍまでです。

さて，まず回答を先に述べると，第１の理由が，
「巨大推力から生み出されるスピードが必要になる」からです。
地球上の衛星軌道上に物体（ペイロード）を載せるためには，
最低でも秒速７．９ｋｍ（時速２８０００ｋｍ）というスピードが必要になりマス。
（このスピードを超えて物を放り投げると，遠心力と重力の均衡が取れて，
地球に落下してこなくなる。）

さてはて，このスピードを実現するにはどうすればいいのか？
地上では空気抵抗によってこのスピードを実現させるコトは不可能です。
それならば空気抵抗の無い，成層圏以上の空気の薄い高さであれば，
これだけのスピードを出すコトが可能になりマス。
しかし，成層圏以上の空気が薄い地帯では，
空気が無いためジェットエンジンは使えない。
そこでロケットが必要となるわけです。
これが２つ目の理由，「空気が無くても使えるのがロケットエンジンだけ」
なのです。

コレをまとめると，
１：秒速７．９ｋｍというスピードが出せる。
２：空気が無い場所でも使える。
というのがロケットエンジンを使う理由です。

ただ，現在開発中のスペースプレーンでは，
ジェットエンジンを改良して，
より少ないエネルギーで衛星軌道に乗れるようになっています。

参考URL：

http://www.city.yokohama.jp/yhspot/ysc/ysc/noda/g5310.html

補足

継続的に上向きの加速度を維持できれば、衛星軌道上に物体を乗せる必要はなく、衛星軌道上に物体（ペイロード）を載せないのであれば、秒速７．９ｋｍという速度は必要ないということですね。そして、宇宙においても継続的に上向き加速度を維持するためのエネルギーを内部での燃焼エネルギーではなく、外部から得られれば、ロケットエンジンもいらないということですね。

回答No.1

taracco

ロケットと地球の関係で　ロケットにかかる重力は
万有引力と遠心力（地球の自転）の合力　と物理の参考書にかいてあります。　空気との摩擦抵抗も考えられると思います。
Ｆｒｏｍ　地学の方が得意(;_;)