ロケットの打ち上げ方法について

質問

現在のロケット打ち上げはとても無駄が有るように思います。

つまり巨大な燃料タンクをその中の燃料とともに打ち上げている事がです。
本来燃料を打ち上げる必要は全く無いわけで、これでは石炭を積んで走るSLと同じ。

いかにも21世紀と言う無駄の無い打ち上げ方法は有りませんか。

回答No.4

First_Noel · ベストアンサー

ロケットでは後方に質量を噴射することで運動量を獲得しますから，
推進剤は不可欠なものです．
しかしそうではないものとして，下記のものが研究されています．

・大気吸込式レーザー推進
　吸い込んだ大気をレーザーによる逆制動輻射で加熱するもの．
　http://www.al.t.u-tokyo.ac.jp/
　「RESEARCH」でレーザー推進の項目をご参照．
　ただし，軌道速度を獲得するようにするには，打上仰角を小さくせねば
　メリットがないので，他推進と組み合わせたりする方法も検討されています．
　超巨大なレーザー発振のための施設が必要で，莫大な電力を要します．

・テザー（軌道エレベータ）
　＃３さまもおっしゃられていますが，重力安定する長い長い人工衛星で，
　一旦が地球周回中に何度か地表に接するように，又は常時接するようにします．
　ただ空気抵抗があり，またそんなものを実際に作ってメリットがあるのかが疑問です．

現行のロケットは，現在人類が宇宙へ行くための安全で経済的な唯一の方法です．
液体酸素・液体水素エンジンで比推力４５０秒が現在化学推進の最高水準です．
（それ以外の組み合わせでもう少し良いのもあるが有毒なので現在は用いられませ．）
（化学推進に対して，上記のレーザー推進などは先駆的推進などとも呼ばれます．）

全体重量に対するペイロード比は化学推進では確かに小さいのですが，
大推力を出すにはどうしてもこれを使わざるを得ないのが実情です．
化学ポテンシャルの解放は手軽に大きなエネルギーを得られるからです．

また，低軌道までを化学推進で打ち上げて，そこから静止軌道や地球離脱を
電気推進などの高比推力推進機で行うことで，ペイロード比を大きくすることも
だんだん行われ始めています．
電気推進には上記ＵＲＬの中の「ホールスラスタ」や，
他には「アークジェット」「イオンエンジン」などがあります．
比推力は８００秒～１００００秒なのですが，推力は極めて小さいです．

また，アメリカは原子力を用いた電気推進で火星や木星への
無人・有人探査を行うことを目指しており，現在とても賑わっています．
「プロメテウス計画」も昨年までは盛んでしたが，
ＮＡＳＡの長官がかわってからいろいろ事情があって，
雲行きがすこーしアヤシイ感じになっているようにも見えますが．

いずれにしても，地上から軌道までは，地球の重力ポテンシャルは深いので，
安全性や経済性を考えれば，現行の化学推進に頼ることが最適解ではないかと思います．

お礼

実にご丁寧な説明有難うございます。大気吸込式レーザー推進、初めて聞きました。
沢山の方式が有るようですが実際大きな推力を得るには今の化学燃料しか無いのでしょうか。
しかし無人探査機などは発射時の大きなGにも絶えられるので他の方がおっしゃるような短距離で脱出速度まで加速する方式も可能なら希望があります。
いずれにしてもまだまだ発展の途中と云う事でしょうか。
見方によっては将来がとても楽しみです。
詳しい説明有難うございました。

回答No.7

SCNK

推進剤は反動を得るものですから、その質量がなければ推力は生まれません。質量が０の物を、いくら加速しても反動がないからです。

もちろん外部から推進剤が得られればそれに越したことはありませんが、大気中ならいざ知らず、大気の薄い高高度以上ではそれは見込めないでしょう。

化学ロケットの場合、酸化剤がありますが、それを大気に置き換える手段として、ダグデッドロケットがありますし、また飛行機をブースターとして空中発射する方式もあります。いずれもエアブリージング方式ですが、得られるのは酸化剤の分だけです。ほかには気球で吊り上げて発射するロックーンがありますね。これなら酸化剤と燃料を節約できます。

とても２１世紀には無理で、荒唐無稽なＳＦ的な話になるかもしれませんが、真空の中にはエネルギーが溢れていて、それが物質になることもあるそうです。もし真空のエネルギーを物質化できれば、０から質量を生み出すことができるということですから、これを推進剤に使えればすばらしいですね。なにしろ構造効率を無限にできるわけです。ということは比推力の如何にとわず、亜光速まで簡単に加速できることになります。

私も同じ疑問をもった一人です。鉄腕アトムと、リゲインのコマーシャルに出てくるロケットですが、どちらも燃料を積むスペースがあまりないんですよね。あれを実現するためには、とんでもない比推力の燃料が必要です。

お礼

丁寧な回答有難うございます。
真空のエネルギーを物質化して噴射に使う、こんな事が出来たら夢のようです。
恒星間航行の可能性も見えてきますか。いずれにしても燃料を打ち上げるという無駄は何とか終わりにしたいものです。丁度SLが新幹線に進化したように。

回答No.6

K-1

・カタパルト
　リニアモータなどで脱出速度まで加速し、放り出す。
　貨物に推進能力は必要ない。

・軌道エレベータ
　衛星軌道まで届く、超巨大エレベータ。
　ペイロードはリニアモータなどで持ち上げる。
　応用編として、軌道ロープウェイ。

・ジェット機で運搬
　飛行船、ジェット輸送機などである程度の高さまでオービターを持ち上げ、空中発進。
　スペースシャトルの燃料タンクと固体ロケットをジェット機にしたようなもの。
　完全に再利用が可能。

イオンエンジン、ラムジェットなどは瞬発力の点で劣るため、重力圏脱出には向きません。
電車のように外部からの動力供給で動かせる、瞬発力のある推進方法がないのです。

お礼

なるほど様々な方法があるのですね。これからは目的や規模によって数種類の方式が併用されるのでしょうか。
小型、軽量、無人、堅牢などの条件が整えば巨大な大砲で打ち出すような事も決して夢では無いかも知れませんね。
大昔のSFのようです。親切な回答有難うございました。

回答No.5

apple-man

>いかにも21世紀と言う無駄の無い打ち上げ方法は有りませんか。

何かゲーム画像しか見つかりませんでしたが、↓
リニアカタパルトなんて如何でしょう？

　天高くまでのびた大きな滑り台の
上を、リニアモーターカーで
加速して打ち上げるんです。

　え？ガンダムで見たことがある？
いえいえ、本物の構想のほうが
先にあったんです（笑）

参考URL：

http://www.watch.impress.co.jp/game/docs/20040827/ace516.htm

お礼

回答有難うございます。なるほどこれはいかにも21世紀と言う感じですね。
ただこのレールだけで脱出速度まで加速した場合乗員や機体の加熱などは大丈夫なんでしょうか。
でもこんなのが実現したらワクワクしますね、とても楽しみです。

回答No.3

kaoruq

当面の間は効率の悪いロケットを使うしかないでしょうね。
軌道エレベーターが実現すれば宇宙への進出が劇的に進むかもしれません。

お礼

そうですね、大型トラックでスイカ一個運ぶような今の方式はいずれ終焉が来るかもしれませんね。
軌道エレベーターの発展型で地球の両極から丈夫な40万キロくらいのヒモを月まで引いてそれに掴まって地球を脱出するなんてのはどうでしょうか。カーボンナノチューブも研究されている事ですし。
つまり北極にスキーのリフトの様なものを設置し月との間でループ状に回す、と言う事です。
まあ、夢ですけど。

回答No.2

denbee

仮に、本体に燃料を積まない場合、推進剤の燃焼による推力がありませんので
一次加速だけで重力を振り切る加速が必要になります。
その場合に発生するＧに中に乗っている人間は耐えられません。

初期加速をリニア推進で行ったり、打上高度を飛行機や飛行船で稼ぐなどの
アイデアはありますが、宇宙船本体が推進剤を積まないのはちょっと難しそうです。

お礼

>>一次加速だけで重力を振り切る加速が必要に
確かにその通りですね、そのためには巨大な、長距離で加速する設備が必要で大気中をそれ程の速度で長時間走らせた場合機体が熱に耐えられるかと言う問題も出ますか？
宇宙船に推進剤を全く積まないのは姿勢制御など無理が有ると思いますがいずれにしても巨大なタンク、燃料を打ち上げるという今の方式は無駄がありますねえ。

回答No.1

hirokazu5

ご質問者様は、素人の振りをして、実は専門家ではありませんか？
ご心配の問題に対しては、「燃料の純度を上げる」ことで対処しています。不純物まで打ち上げるのはアホらしいと。
地球表面生活的な常識からは考えられないほどの純度を（燃料の単価よりも軽さが大事！！）持たせています。

「馬鹿やろう。１グラム打ち上げるのに何万円かかってるとおもってるんだ！」とは、ロケット業界で上司が部下を叱るときの常套句です。

さて、答えのほう。月よりも遠い場所に打ち上げる場合に限りますが。
とりあえず、月まで打ち上げます。
そして、本来の目的地まで打ち上げます。
これで大幅に燃料節約が出来ること、ご質問者様には説明の必要もありません。

そのためには、月をロケット打ち上げ中継基地にするだけの技術が、
２１世紀のうちに確立する必要がありますが……楽しみですね。

お礼

ご回答有難うございます、専門家の解説とても光栄です。
燃料の純度を上げて効率向上を図る、とても大事な事かと思いますが良質の石炭を搭載して効率を上げるSLを連想します。
月からの打ち上げは楽でしょうね。
でもそこまでの設備がとてつもなく大変かと思います。
21世紀中には全く別なとても効率の良い方法が実用化されるでしょうか。楽しみです。