ハヤブサのイオンエンジン

質問

簡潔に教えて頂けませんでしょうか？
なぜ　飛び続けられるか
　ふしぎです。
識者様！教えてくださいませ。

回答No.2

CC_T · ベストアンサー

アメリカの北海道に住んでいて言語が「英語」とプロフィールにある方に、私の日本語で通じるものか不安ですが(笑)
とりあえず、中学生レベルの説明で、イオンエンジンの機能に絞ってやってみます・・・

まず、
１）宇宙空間には空気すらないので、物の移動を止めようとする「抵抗」がほとんどない。
２）地球や月、太陽といった重力源から遠く離れているので、重力による影響もあまり受けない。
この２点がポイントです。
宇宙にあるものは１方向に「飛び続ける」ことができます。そのこと自体にはイオンエンジンは関係ないのです。
イオンエンジンを停止しているときのはやぶさは、ほぼ一定の速さで１方向に移動をし続ける「等速度運動」をしていることになります。ゲームセンターのエアホッケーのパックのようなもの。壁のように「止める物」が無ければ、最初の速さと同じ速さでそのまま同じ方向に同じ速さで動き続けることになるのです。

イオンエンジンは、加速・減速のために使います。
ただし、イオンエンジンは他の化学燃料ロケットとは異なり、「燃料」はありません。何も燃やさないんです。

ハヤブサの場合、キセノンという物質を液化してタンクに入れて「推進剤」として使用していました。
このタンクの栓を開けてガス状のキセノンを少いずつ取り出し、マイクロ波をあてて（電子レンジの原理と同じようなもの）、「プラズマ」と呼ばれる「プラスの電気を持った粒」の状態をつくりだします。

そして、エンジンの吹き出し口側には強くマイナスの電気を帯びさせた「網」を置きます。
プラスの電気を帯びたものはマイナスの電気を帯びたものに引き寄せられる性質があるので、プラズマとなったキセノンは網の方に吸い寄せられ、幾らかは網にぶつかりますが、ほとんどは勢い余って網の隙間を通って外に飛び出すことになります。飛び出す粒子の速さは、なんと１秒間に30kmの速さ。時速にすると約11万km/hですね。
ハヤブサはその反動で噴き出し口とは反対側、つまり「前」に進んでいたのです。
ちなみに電源は太陽電池です。
減速するときは後ろを向いて、つまり噴射口を前に向けます。

他の回答にもあるように、イオンエンジンの出す力は非常に小さなものです。
いかに高速で噴射しようとプラズマのサイズは極小ですから、エネルギー（＝重さ×速さ）の値は小さく、短時間でゴー&ストップを繰り返すような用途には向いていません。細く長く使うものなんですね。しかしその「効率」は高く、つまりは推進剤を無駄なく使えます。

「止める物が無い」宇宙空間では小さな力でも前に向かって「加速」することができます。
１秒間に１gのものを1mm動かすのがやっとという小さな力であっても、「止める物」がなければその力は積み重なっていき、速度がどんどん早くなります。

１秒間に１gのものを1mm動かせるだけの力を1kgの重さのものに作用させた場合、初めの１秒間では1/1000mmしか動きません。しかし、次の１秒間では2/1000mm動き、その次の１秒間で3/1000mm動き、4/1000mm、5/1000mm・・・とだんだんと「1秒間に移動する距離」つまり『速度』が早くなっていき、1時間後には1秒間に3.6mm、24時間後には１秒間に86mmの速さになり、そのまま１年間加速を続けたら、時速は1,000km/hを越えます。

そんな感じで、長い時間の運転をすることで最終速度を稼ぐことができるのが、イオンエンジンです。
ハヤブサも１年以上かけて加速を続け、イトカワとランデブーしてまた帰ってきました。

ふう。
これ以上を絵も使わずに説明するのは難しいです。
特にハヤブサの道程は、アニメーションで見ないとイメージしにくい。ハヤブサが動いている間にも、地球もイトカワもそれぞれの軌道で動いてますから、絵にもしにくいのです。

お礼

「等速度運動」
Difficult But very Funny.
有難うございます。

回答No.3

ali_yuki2

もしかして、質問者様が勘違いしているかもしれないと思い
少しだけ補足をしておきます（蛇足でしたら無視してください）

イオンエンジンは永遠に飛び続けられる訳ではありません。
推進剤が無くなれば、燃料切れと同じく動かなくなります
「微小推力」を「長時間続ける」という方針のエンジンなので長持ちするだけなのです

お礼

「微小推力」を「長時間続ける」
有難うございます。

回答No.1

kyo-mogu

宇宙空間だから空気抵抗はありません。イオンエンジンそのものの力は非常に弱い物で、薄い紙を浮かせる程度などと言われて居ます。しかし、全く抵抗のない状態なので、少しの力でも塵も積もれば山となるで、加速を続ける事が出来ます。
　イオンエンジンは電気を使いイオン化させて、プラスイオンを放出します。その勢いで進みます。マイナスイオンも放出することでバランスを保ちます。

　はやぶさ関係の映像作品でも述べれられています。全天周映像の「ＨＡＹＡＢＵＳＡ」や映画のはやぶさなどです。