宇宙飛行士にかかる重力

質問

例えば、スペースシャトルの乗組員は宇宙では無重力であることは私たちもテレビなどで知っています。
一方で、その乗組員が発射台から打ち上げられるときには加速度が加わり、体が重い感じになりそうです。
それでは、宇宙まで１０分ほどで行けると聞いていますが、どの付近で、どのように変わって行くのか教えて下さい。

回答No.8

nozomi500 · ベストアンサー

細かい補足を。
たぶん、宇宙船は燃料を最小限におさえるため、「軌道」に到達するまえにエンジンを止め、それに近いところで軌道修正のためにエンジンを再始動させると思います。この場合、エンジンを切った時点で「無重力」の状態となり、エンジンをうごかすたびにＧがかかることになります。

まえ、アポロ１３号のメインエンジンが行きの途中で故障した時、着陸船のエンジンでかえってこなくちゃいけなかったのですが、
結局、月を一周して帰ってきました。着陸船のエンジンは、本来、月面から母船の軌道までしか使わないのですが、月から地球までの３８万ｋｍを着陸船だけの動力で飛んできました。軌道修正だけならそんなに燃料はいらないんですね。
（「途中で引き返すなんてトンデモナイ！」と映画「アポロ13」で叫んでいました。月の重力を利用せずにＵターンするのはトンデモナイことなんですね。秒速10何ｋｍで飛んでいるものを逆向きにするのはとんでもなくエネルギーを使うことでしょう）

お礼

いろいろとありがとうございました。

回答No.7

nozomi500

補足。
重力は、「距離」が２倍になれば1/4になります。（２乗に反比例）

「地上」は、地球の中心から約6400ｋｍですから、スペースシャトルの高さ200ｍでは、比として「3％増」。5％ちょっと「軽くなる」

静止衛星の軌道が37000ｋｍぐらいですから、このへんまでくれば、地球の重力の影響は1/36ぐらい。体重が72ｋｇの人で2ｋｇほど。（もちろん、太陽の重力の影響、というのがあるのですが）

これはいずれも、「静止」している場合で、「どこでもドア」から突如として登場したような場合です。ロケットの場合は、エンジンをとめて慣性飛行しているあいだは「無重力」を体験できます。

おまけで、「ボイジャー」のような惑星探査機は、エンジンの力だけでなく、木星の重力を利用して「木星に落下する」加速度、さらに「土星に落下する」加速度を利用して、本来の能力以上のスピードを得ています。
この場合、木星や土星に向かっている間、加速されていますが、エンジンの加速でなく「落下加速度」であるあいだは、（もし中に誰か乗っていたら）「無重力」が体験できます。

月ロケットも、「月に向かって落下」している間は、「無重力」を体験しています。（そのまま月に激突するわけでないから、軌道修正するたびにエンジンを動かす時にＧはかかりますが）

なお、ジェットコースターの場合、落下したり上昇したり左右にカーブしてＧの大きさ方向がかわるので気持ち悪いですが、むしろロケットのほうが洛かもしれません。
ちなみに、私は「パルケエスパーニャ」の「ピレネー」という、当時最高速の「吊り下げ式コースター」にのったことがありますが、あれはＧの方向が常に「下」向きなので、そんなに気持ち悪くない。むしろ「海賊船」のほうがよほど気持ち悪かったです。
あれは２度と乗りたくない。

お礼

皆さんのおかげで、だんだんとわかってきました。
要するに、地球でも月でも木星でもそれぞれに重力（引力？）があり、それに逆らって飛行すれば、それなりにＧがかかり、そのまま？　にしておれば、どんなときでも無重力と考えていいわけですね。
ですから、私の疑問であった「スペースシャトルの乗組員のＧの推移」は、発射直後が最大で少しずつ軽くなり軌道に到達すれば無重力になる、と考えていいわけですよね。

回答No.6

90george

No.5で回答したものです。

訂正します。

×　従って秒速11kmに達した後は・・・
○　従って秒速11kmに達し、加速を中止して慣性飛行に移行した後は・・・

失礼しました。

回答No.5

90george

こんばんは。

>月まで一週間もかかるそうですから一週間も、すごいＧに絶えなければならないのでしようか？

いえいえ、そうではありませんよ。
アポロが行った月への飛行は地球の引力を振り切るスピードで飛んだわけではありません。スペースシャトルは地球の周りをおよそ秒速7kmで自由落下しているんですが、秒速11km程の加速をつけてやると、月まで届くほどの非常に細長い楕円軌道を飛行するようになり、アポロはその軌道を飛んだのです。従って秒速11kmに達した後は自由落下状態となり、宇宙飛行士はいわゆる「無重力状態」を経験することになります。

回答No.4

First_Noel

＞そうしますと、宇宙に着いた瞬間「ファ～」となるのですか？
＞それまでは３Ｇあって。

予想するに（乗ったことないので），ゴゴォーと言うエンジン音（機体と機体内の
空気により伝えられる）の響く中，ずしーっと椅子に押さえつけられていたものが，
エンジンオフにした瞬間，一転静寂の中，フワ～っとなることでしょう．
きっと，とても気持ち悪い心地なんだと思います，ジェットコースタの下りや
フリーフォールの状態が延々と続くのですから．．．

余談ですが，「宇宙」と言う定義は様々あります，分野によってさまざまです．
御質問の「宇宙」のことを，宇宙工学では「衛星軌道」と言った方が正確です．
衛星軌道に乗れば，あとは延々と自由落下し続けるからで，この衛星軌道での
自由落下が，無重力（正確には微小重力，空気抵抗なども微小にあるので）環境の
原因となります．

お礼

お答えを読んで何となく想像がつきました。
私はジェットコースタに２度と乗りたくないです。実に気分がわるくなったので。
そうしますと私は宇宙旅行に行かれませんね。
今回、宇宙＝無重力ではないことを初めて知りました。

回答No.3

nozomi500

「宇宙」といっても、スペースシャトルの飛んでいるのは２００ｋｍぐらいの高さ。琵琶湖一周できないぐらいの距離です。地球をリンゴとすれば、「皮」の部分を飛んでいるに過ぎません。
とうぜん、地球の重力が及ばないわけでなく、「宇宙だから無重力」じゃあありません。
「宇宙まで１０分」というより「エンジンの加速時間が１０分」ということでしょう。エンジンをきれば、「無重力」が体験できます。

宇宙飛行士の訓練で「無重量体験」をするのに、「弾道飛行」というのをやります。（私は体験ないけど）
急上昇した飛行機のエンジンを止めると、放物線を描いて慣性で飛んでいきます。
そのままでは墜落するので、あるていど時間が経過したら機体を上に向けエンジンを動かしますが、慣性で飛んでいる間は「無重力」が体験できます。（ＴＶで見たのはプロペラ機でした。ジェット機でやらないのは、エンジンの再始動の問題かな？）
手をはなれたボールも、木からはなれたリンゴも同じ。
垂直落下すればまっすぐ地上に落ちるけれど、前に投げれば前に落ちる。だんだん早くしていって秒速７ｋｍ以上で投げれば地球を一周してもとの位置にかえってくる、というのをニュートンが発見したんですね。

お礼

私は１０分加速度に絶えれば宇宙に行かれると思っていました。
もっとも、私の云う「宇宙」とは無重力のところを指すのですが。
「宇宙だから無重力じゃあありません。」
と云うことですと、月まで一週間もかかるそうですから一週間も、すごいＧに絶えなければならないのでしようか？

回答No.2

satoumasaru

あけましておめでとうございます。

> そうしますと、宇宙に着いた瞬間「ファ～」となるのですか？
> それまでは３Ｇあって。

Ｇを感じるのは、ロケットが加速度運動をしているときだけです。
（余談ですが加速度運動をしていることと重力を感じることは区別ができ
ないというのが一般相対論の公理の一つです。）

一般的に「ファ～」となるのは、引力になんら逆らわずにそのまま落下する
からです。遊園地にあるフリーウオールなどを想像して下さい。あれも、無
重力の一種なのです。なんら「自発的」な運動をせずに重力のままにまかせる、
それを自由落下といいます。自由落下の場合は、無重力の状態になります。

もっとも、地上の場合は、短時間で地上に激突してしまいますし、高空から
スカイダイビングをしても空気の抵抗があるから、自由落下というのは無理
がありますが・・・

ところが、人工衛星の場合はほぼ理想的な自由落下をしているのです。ただ
地上が球面のために、落下しているけれども地上にはぶつからないのです。
スピードもほぼ真空のため速度はそのままですので、ずっと地球をまわって
いることができます。自由落下をしているために、人工衛星では無重力な状
態になります。（実際には地球の引力があるのですが、自由落下をするため
に無重力状態になるのです。）

ですから、ロケットの加速が終わり（当然、Ｇも少なくなってきます）、衛星
軌道にのった段階で無重力になります。

もっとも、私はまだ人工衛星に乗ったことがありませんので、自信なしにさせ
ていただきます。^^;

お礼

いろいろとありがとうございます。
その「自由落下」と云うコトバ、何となくわかるように思います。

回答No.1

First_Noel

Googleで
astronaut acceleration velocity altitude history figure
で検索して幾つかそれらしきを見付けました，参考ＵＲＬのFig.2-6など
ご覧下さい．

マーキュリー時代は８Ｇとかかかっていたようですが，今はスペースシャトルだと
最大でも３Ｇ程度のようです．昔は打上時よりも，再突入時の方がＧが大きかった
と言う記述を読んだ記憶もあります．参考ＵＲＬのFig.2-6ではそのようになって
いますから，多分記憶に間違いはないと思います．

一般には，打上時，時間と共に段々と燃料が少なくなって行きますから，
自重が小さくなるので，加速度は次第に大きくなります．
（F=maで，Fがほぼ一定であれば，mが小さくなればaが大きくなる．）
再突入時は，最初と，パラシュートを開いたときに，衝撃的なＧがかかるようです．

参考URL：

http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/MR-4/chap02.htm

お礼

ありがとうございます。
そうしますと、宇宙に着いた瞬間「ファ～」となるのですか？
それまでは３Ｇあって。