無重力空間におけるロケット

質問

無知であるため変な質問ですみません。素朴な疑問なのですが、ロケットは作用・反作用の法則により、燃料を燃やしてできたガスを勢いよく噴射した反動で前進するそうですが、もし、一切無重力の場所があったとしたら、そこでもロケットエンジンは普通に使用可能でしょうか？重力がないことにより、地球の重力圏で使用した場合と何らかの違いは出るのでしょうか？教えていただけると嬉しいです。

回答No.1

noname#175206 · ベストアンサー

ロケットはもちろん無重力でも使えますよ。

>燃料を燃やしてできたガスを勢いよく噴射した反動で前進する

　その通りです。これを考えるには運動量などを使うと計算もできます。
　これは地上では、たとえば抵抗の少ない台車の上に座って、台車に上からボールを投げると、台車が進みます。それと同じです。
　もっとはっきり見たければ、転ばないよう充分な注意が必要ですが、台車から台車の進める方向に勢いよく飛び降りると、台車は飛び降りたのと反対方向に進みます。
　台車から、ボールなり人なりが、台車に対してスピードを持つ、つまり加速すると台車がその反対方向にスピードを持つわけです。
　これが、化学燃料の推進の理屈です。

　重力は重力でこれと関係なく、ロケットを地上へ引っ張っています。

　その、ロケットの推進力の効果と重力の効果との単純な引き算です（どちらかをマイマスにして足し算で公式を書くことが多いですが）。
　推進力が重力より効果が高ければ、ロケットは上昇し、低ければ飛び立てません。

　重力がない無重力なら、ほんの少しのロケットエンジンの推進力でも、進んでいくことができます。

　ちょっと余談的ですが、火星と木星の間に、小惑星帯という小さな星が多数あるエリアが太陽の周りをまわっています。
　ある科学者は、その小惑星帯に人類が進出して定住するようになれば、そこに豊富にあると思われる水を使い、これを太陽光発電で沸かして、その水蒸気を推進力に、小惑星間を移動すれば良いのではないかと考えています。

　化学ロケット燃料と比べれば、物凄く小さな力の推進力ですけど、小惑星は非常に小さいので重力はないと言ってよく、小さな力でも移動できるということです。

　もちろん、小惑星間であって、その軌道から逸れるほどの力はありません。正確には無重力状態ではなく、太陽に対する公転速度と太陽の重力が打ち消し合っている、無重量状態と呼ばれるものですので。

　たとえば、木星のほうへ行くことはもちろん、地球のほうへ近づいて行くという「落ちて行く」ようにすることすら、事実上は無理です。逆に言えば、その程度の推進力でも、小惑星の間という、宇宙を移動して行けるわけです。

お礼

ありがとうございます！非常に詳しい解説をしていただき、勉強になりました。水蒸気を推進力にするのですか、そんな構想があったのは初めて知りました。

回答No.3

takuranke

＞重力がないことにより、地球の重力圏で使用した場合と何らかの違いは出るのでしょうか

無重力の場合、少ない燃料ですみます。

多段式ロケットがよい例で、
地球の引力の影響を受けない高さへ行くためのロケットエンジンは大きく、燃料も大量に使用しますが、
宇宙空間に行くにつれ、大きなエンジンを切り離し、小さいエンジンになります。

また宇宙空間で宇宙船を作れば、地球の引力から脱出するための大きなエンジンが不要になります。

お礼

ありがとうございます！それで宇宙ロケットは上の段に行くほど小さいエンジンだったんですね。納得です！

回答No.2

akina_line

こんにちは。

　無重力だと、作用・反作用の法則の結果はより顕著に現れます。
　　http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/undo4.html

では。

お礼

どうもありがとうございます！とてもわかりやすいリンクを貼っていただいて参考になり、非常に助かりました。