ロケットがまっすぐ上に行くのはなぜ？

質問

風船をふくらませてそのまま手を離すと空気が勢いよく出てその反動で飛んでいきます。コースはめちゃくちゃで、弓矢のようには飛んでいきません。その点、ロケットは、種子島などの打ち上げのニュースなどを見るとあまりふらつかないでゆっくり、まっすぐ発射されているように見えます。あれはなぜでしょうか。
風船に比べてとても大きくて重いので安定性があって特に何もしなくてもちゃんとまっすぐ飛んでいくのでしょうか。それとも実は細かく姿勢を直しているのだけどニュース映像ではそこまで見えないのでしょうか、それとも他に何かあるのでしょうか。知っている方いたら教えてください。

回答No.10

パブクシャンnoチビ枯淡（@tibikotan） · ベストアンサー

こんばんは！

＞『ロケットがまっすぐ上に行くのはなぜ？』
＞その点、ロケットは、種子島などの打ち上げのニュースなどを見ると
＞あまりふらつかないでゆっくり、まっすぐ発射されているように見えます。
＞あれはなぜでしょうか。

宇宙に行く場合、つまり地球の引力から離れるためには
「最低速度で地球からの離脱速度が、秒速約12キロメートル」

人工衛星のように地球を周回させる打ち上げ速度は、
「最低速度で地球からの離脱速度が、秒速約8キロメートル」と言う、
驚くほどの高速度が必用と計算上分かっています。
中学もしくは高校の物理の時間に学習しませんでしたか？

それでも機体重量が大きいので発射直後は、
一定の速度に達するまで加速が緩やかなのです。
つまり機体が一定の加速度に達するまでゆっくり上昇しているので、その様に見えるのです。

＞それとも実は細かく姿勢を直しているのだけど
＞ニュース映像ではそこまで見えないのでしょうか、
＞それとも他に何かあるのでしょうか。知っている方いたら教えてください。

ロケットは微妙な姿勢制御技術の完成があってこそ完成したのです。
姿勢制御原理の初歩的な理解を得られるよう簡単な説明を試みます。

ロケットは、実に簡単な原理を応用して姿勢を制御しています。
ただし、制御機器としては実に精密な構造で、
その性能は製造国の最高の科学技術を網羅した製品と言っても過言ではありません。

『地球ゴマ』て、ご存知ですか？
以前私も所有していたので探したのですが出てきません。
出てきたら画像を添付しようと考えていたのですが、
下記アドレスで形状とその原理を確認してください。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9C%B0%E7%90%83%E3%82%B4%E3%83%9E

本来の話題に戻ります。
『ジャイロ効果』と言って、
「独楽が回転しているときは、外部から力が加わらない限り、一定の方向を向く」
この物理法則を利用しているのです。

ロケット搭載した器機（ジャイロスコープ）のスイッチをオンにして、
発進すると機体内部で発進時の固定された方向を常に自動的に一定に示し続けます。

ところが、機体が傾くとその差をジャイロスコープが検出します。
その機体の傾きを自動的にコンピューターが計算し、
ロケットの噴射口の吹き出す方向の角度を微妙に変えて、
随時傾きを修正しながら定められた飛行計画の進行方向に向け、
飛び続けるから直進飛行ができるのです。

ご理解いただけたでしょうか。
この回答が、ご質問者様の問題解消につながり、
尚且つ知識の一端に納められ、後日必要な時にご質問者さまのお役に立てば幸いです。

最後に『お願い』です。
貴重な時間を割いて回答をしています。
この回答でご質問に対する問題が解消できましたら、
速やかにここのルールに従って、
「回答への補足」「回答へのお礼」などと共にポイントを付けて、
次回の質問でも多くの回答をいただけるように、
回答いただいた方々にも感謝を配慮して対処してください。
できれば読後のご意見など感想をいただけるとありがたいですね。

冗長な回答になりました。
誤字脱字などある場合は、機知にてご判断いただきご笑納ください。

なお、回答後の「お礼」「補足」での再質問には、お答えいたしておりません。
その場合は、再度の新規質問でおねがいします。

お礼

詳しいお答えありがとうございました。「ロケットは微妙な姿勢制御技術の完成があってこそ完成した」との事ですが、これで納得しました。ありがとうございました。回答していただいた方々、貴重なお時間割いていただき感謝します。

回答No.9

naigel

何故まっすぐ上昇させるのかというと、大気圏を最短距離で突破するには、垂直に真っすぐ飛ぶのが
最短ですよね。ですから、真っすぐ最短のプログラムがセットされています。

それに対して、風や大気の揺らぎでロケットはまっすぐは進んでくれません。そのふらつきは天気に
よってさまざまですが、カメラの映像では確認できない幅です。大きくぶれるような天気には、
打ち上げを延期します。

真っすぐに飛ぶべくプログラムに対してのふらつき分は３Ｄのジャイロで感知し、その量をコンピュ
ーターで算出して、ロケットに修正指示を出します。それを受けたエンジン部は、ロケットの噴射
角度を微妙に変えて、微調整のかじ取りをして、常に正しい軌道を飛び続けます。

正しい修正をしないと、進むにつれて誤差が大きくなり、地球周回軌道が狂います。これを修正する
には、貴重な燃料を大量に消費してしまうので、打ち上げ直後の軌道微調整がとても大切なのです。

お礼

打ち上げ直後の制御が大事なのですね。なるほどと納得しました。ありがとうございました。

回答No.8

ORUKA1951

固体・液体に関わらず、主流は噴射方向を制御しています。翼では大気中以外使えません、翼をもつ飛行機型のものは翼でコントロールするものもあります。
　固体燃料の一番の欠点は点火したら最後・・消して止めることができないために、正確な制御が難しいということでしょう。姿勢制御はできます。

　現在開発中のJAXA｜イプシロンロケット ( http://www.jaxa.jp/projects/rockets/epsilon/index_j.html )は固体燃料です。

JAXA｜ロケットについてのFAQ ( http://www.jaxa.jp/pr/inquiries/qa/rockets.html#04 )

お礼

ありがとうございました。基本は噴射方向のコントロールということ、よくわかりました。なんとなくスラスタのようなもので姿勢を変えるのかと勝手に思っていました。ありがとうございました。

回答No.7

noname#160321

液体燃料型のロケットには涙ぐましい努力が、もっぱら第二次大戦中のドイツで、ありまして戦争が終わった頃にはまっすぐ飛ぶようになりました。

以前テレビで「ＶII号失敗の記録」という番組があり、発射台上で転ぶ奴、すぐ落ちてくる奴などそれこそ爆笑ものでした。フォン・ブラウン先生ご苦労様。

なお固体燃料の方は燃焼の制御が効かないので、まっすぐ飛ぶか点火されたとたんに爆発して粉々になるかのどちらかです。
なお制御機器が要らないので安価ですし、生産工程が管理されていれば一度成功すればその後は安全です。
ブースターは通常オレンジ色の炎の固体燃料ですね。

お礼

ありがとうございました。いろいろな試行錯誤の上に今の技術があるということがあらためてわかりました。

回答No.6

tetsumyi

ゆっくり、まっすぐ上がって行くように見えますが、これはロケットが非常に大きいこともあります。
実際はすごい速度ですっ飛んでいますから、弓矢の速さどころではありません。
レーシングカーどころか人が押しつぶされそうな加速と速度ですから、小さい尾翼と先端がとがった形も姿勢を安定させています。

お礼

ありがとうございました。いろいろな方法で安定させているのですね。
制御の大切さがわかりました。

回答No.5

雪中庵（@psytex）

姿勢制御技術が発達する以前のロケットは、鉄砲玉のように
打ち上げた方向に飛んでいくだけだったので、姿勢制御の
ために回転（進行方向軸を回転軸として）してコマの原理で
安定させていました。
でも、この方法では細かい姿勢制御ができないので廃れました。

お礼

ありがとうございました。いろいろな工夫や苦労があって今のロケットがあるわけですね。

回答No.4

fumiuchip

まあ、あとは風の流れですね。弓矢についてる羽、ロケットについてる尾翼、これは風の流れをまっすぐ垂直にするため。風船にはついてませんね。NO1さんのように推力方向を安定させて尾翼を装着すれば風船でもかなりまっすぐ行くんじゃないですかね。

お礼

何人もの方に回答していただいて段々わかってきました。ありがとうございました。

回答No.3

noname#215107

エンジン燃焼中は、ノズルのが細かく制御されています。
他にも方法がありますが固体燃料ロケットの場合、ノズル内に液体を噴射して推力方向を変える方式や、油圧or電動アクチュエータでノズルの向きを変える方式があります。

以下のページ内の動画では、ノズルの動きがよくわかりますよ。
http://www.jaxa.jp/press/isas/20010714_m25_j.html

お礼

ノズルの向きが変わるとは知りませんでした。しかも動画では意外と大きく動いていますね。
ありがとうございました。

回答No.2

tanuki4u

http://www.u-tokai.ac.jp/graduate/engineering/aeronautics_and_astronaut/index.html

推進工学分野（燃焼工学、ロケット推進工学、航空推進工学、電気推進工学）
というぐあいに、ちゃんと専門教育が出来るくらい、制御管理をしています。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A9%E3%83%90%E3%83%BC%E3%83%AB%E3%83%BB%E3%83%8E%E3%82%BA%E3%83%AB

風船のノズルとは精度が違いますし

お礼

ものすごい制御管理が必要なわけですね。ただ猛烈に燃料を燃やせばいいだけだとはさすがに思っていませんでしたが。こんなに関係する学問分野があるとは驚きでした。
ありがとうございました。

回答No.1

Hypnomatic

風船がめちゃくちゃに飛んでいくのは空気の排泄の仕方が一定ではなくなるからです。風船でも空気孔を堅い物で固定してすべて均一な勢いで空気が排泄されるように設計すればまっすぐ空に飛んでいきます。

ロケットがまっすぐ飛んでいくのは、すべてのエンジン口から均一に出力されているからです。すこしでも均衡が崩れれば弧を描いて墜落してしまうでしょう。

ペットボトルロケットでも体験できますので、実験してみてはいかがでしょうか？

お礼

ペットボトルは飛ばしたことがあります。確かに風船よりずっとまっすぐとびますね。
ありがとうございました。