大気圏突入時のガンダムとザクとの戦闘について

質問

機動戦士ガンダムでシャアが自らザクを駆って大気圏突入のタイミングでホワイトベース（ガンダム）に攻撃を仕掛けるという回があったと思います。ここでふと思ったのですが、地球を周回しているザクやガンダムは当然ケプラーの第三法則に支配されているはずでアニメのような動きはしないのではないかと。
例えばザクがガンダムに近付こうとしてバーニアを噴射しても真っ直ぐ近付けないのではないかとおもいます。又ザクがバズーカを放つ際も地球と同一周回上で前方にいるガンダムにバズーカを発射してもガンダムが回避行動をとらなくても命中しないのではないかと思います。
アニメの話ですので真剣に話すのはナンセンスとは思いますが、将来我々人類が宇宙に進出し宇宙戦艦を保有することはありえると思います。そうなった場合宇宙戦艦同士の戦闘はあり得るのかなと考えてし質問しました。よろしくお願いします。

回答No.6

Verhalten

同じ航路を辿れば追跡可能だと思います。

ただ、接近しようと加速すると

進路ベクトル
周回軌道ベクトル方向

この２方向で狂いが生じますので、進路ベクトルも変える必要が出てきます。
すなわち、計算次第ではないでしょうか？

＞ザクがバズーカを放つ際も地球と同一周回上で前方にいるガンダムにバズーカを発射してもガンダムが回避行動をとらなくても命中しないのではないかと思います。

これは無重量状態ですので当たると思いますが？

どうなんでしょう？

回答No.5

noname#175206

お礼、ありがとうございます。#3です。

>(1)宇宙船が地球を周回している場合ーーー周回することによる遠心力で重力と打ち消し合い無重力状態になる

　その通りです。周回軌道が真円の場合は、そういう考え方もあります。楕円軌道では遠心力ということは使えませんが、、無重力状態です。これは他と絡めて後述します。

>(2)高度を下げることにより重力は増すがその分周回速度が増すので遠心力と打ち消し合い無重力の状態のまま

　その通りです。ちなみに、高度を下げるには周回方向に対して逆噴射します。すると高度が下がりますが増速します。
　普通なら速度を落とそうとする行為が、位置エネルギーが速度を増す方向働き、その効果の方が強いわけです。
　スペースシャトル（やソユーズ）が、マッハ20という大きい速度で大気圏再突入せざるを得なうのは、こうした理由によります。

>(3)更に高度を下げると大気の影響で徐々に減速ーーー重力＞遠心力 機体の温度上昇

　そうなります。再突入で最も難しいところです。

>(4)第一宇宙速度以下になると遠心力は0になる ーーー重力のみ

　そうではないです。地表近くを周回していることに変わりはなく、突如として遠心力が0になるのではなく、速度なりの遠心力はあります。
　しかしマッハ3やそこらなら、遠心力の効果は感じないです。

>(5)自由落下ーーー重力と同じ方向に落下することによる（重力加速度）無重力状態

　自由落下は物理学では、真っ逆さまに落ちるだけではないです。以降、空気抵抗は無視できるとします。
　真上に投げ上げて、上がって行く途中も自由落下です。投げ上げられて放物線を描いて飛ぶのも自由落下です。楕円軌道も真円軌道も自由落下です。地球に一度だけ接近して離れて行き、二度と戻ってこない双曲線起動も自由落下です。

　そういう軌道を描くと、たとえばそれが宇宙船だとして、宇宙船では無重力状態（厳密な定義としては無重量状態と呼びますが、あまり使わない用語）になります。

>(6)パラシュウート等により減速 着陸ーーー重力のみ

　等速運動になるので、そうなりますね。ちなみに、そういう状態の速度を終端速度と呼んでいます。

>大気圏突入直前は(2)大気圏突入は(3)から

　(3)までということで、その通りです。

>バズーカの軌道が地上と同じになるのは(4)から

　アニメの描写では、その演出を無理なく弁護するなら、遠心力の効果が少ない軌道、ということでしょうね。

>アニメが成り立つのは(4)からでしょうか

　そうでしょうね。真空、無重力でも見慣れたもので描写しないと伝わらないものは、あえて地表近くで見る通りに演出することもあるでしょう。フィクションによりけりですが、月面での描写がどうみても1Gなんてことは、よくあります。

回答No.4

sailor

ビーム兵器なら反動などの問題はなくなるので、可能であるかと思いますが、電力を利用したレーザーなどでは出力の点で難しいかもしれませんね。となると化学レーザーですが、こちらはやりよう次第では出来なくもないでしょう。現に１０年ほど前まで米軍が化学レーザーを搭載した試験機を飛ばしていましたしね。化学レーザーは化学反応を利用したレーザーで短時間に非常に大きな（ＭＷクラス）のレーザーを出すことが出来ますので武器としても使えるでしょう。装置自体も電力を利用するレーザー（電力プラントを含む）よりは非常に小さく出来るので、もし宇宙戦争などが起きるとすればこの様な兵器が使われるかもしれません。ただし、それでも相手を大爆発などさせないようにピンポイントで機能を損なう部分を狙う必要はありますけどね。それ以外にも核爆発利用して高レベルのγ線や電磁波を発生させて電子機器を破壊してしまうなども有効でしょう。ただしあたり一面に放射性物質が撒き散らされますから、後始末をどうするかが問題なのと、近くにいれば自分も無事ではすまないことも大問題ですね。核機雷なんてものが出てくるかもしれません。直接爆発のエネルギーを受けなくても電磁波による電子機器の破壊で十分ですからね。宇宙空間に打ち上げるものでは地上の設備のように重さを無視して電磁波を防御する事は出来ませんからね。分厚い鉛の壁や大量の水による遮蔽や数メートルのコンクリートの壁なんて装備したら、機動性は皆無でしょ。

回答No.3

noname#175206

お考えの通りです。

　アニメや実写映画の宇宙空間での動きは、視聴者・観客に分かりやすいよう、地上でのものと似せています。

　地球の大気圏に突入しようとしているホワイトベースを、シャアが搭乗しているムサイが追跡するところから始めましょうか。

　ホワイトベースのほうが高度は低く、ムサイは衛星軌道として高度が高いはずです。すると、ムサイよりホワイトベースのほうが地球に対する公転速度は大きく、ムサイはホワイトベースに接近するどころか、どんどん引き離されます。

　もしムサイが増速しようと、エンジンを噴かしたとします。すると、ムサイは高度を上げてしまいます。さらに、公転速度は遅くなります。ますますホワイトベースを追えません。

　ムサイがホワイトベースと接近遭遇するには、一つはホワイトベースより前方の高い軌道から逆噴射して高度を下げて行く方法（同時に増速する）があります。

　もう一つは、ホワイトベースの後方で、ホワイトベースより低い軌道にいて（このとき公転速度はホワイトベースより速い）、ホワイトベースが降りて来るのを待ち受ける方法があります。

　モビルスーツ同士の戦闘は、機体の形状が目視できるほど近いですから、相手に向かって加速して接近できます。

　しかしモビルスーツより翼のある戦闘機形態の宇宙船で多い描写ですが、しばしば大気圏内の戦闘機のように「旋廻」します。そういう旋廻は、空気を利用して行っています。真空の宇宙では空気が利用できませんから、そういう動きをするのは、全てをバーニア等の噴射で行わねばなりませんが、そうするメリットは何もありませ、行きたい方向にエンジンを噴かすのが合理的です。

　ただ、そういう理屈を元に描写すると、見慣れない動きが多くなりますので、「？」状態にはなっても、手に汗握るとはなりにくくなります。それで、大気圏中、地上、海上の動きのように描写してあるのでしょう。

お礼

ご教授ありがとうございました。仕事の関係でお礼が遅れて申し訳ございませんでした。
ここで大気圏突入と無重力について私なりにまとめてみました。
(1)宇宙船が地球を周回している場合ーーー周回することによる遠心力で重力と打ち消し合い無重力状態になる
(2)高度を下げることにより重力は増すがその分周回速度が増すので遠心力と打ち消し合い無重力の状態のまま
(3)更に高度を下げると大気の影響で徐々に減速ーーー重力＞遠心力 機体の温度上昇
(4)第一宇宙速度以下になると遠心力は0になる ーーー重力のみ
(5)自由落下ーーー重力と同じ方向に落下することによる（重力加速度）無重力状態
(6)パラシュウート等により減速 着陸ーーー重力のみ
上記(1)－(6)はあっていますか?
大気圏突入直前は(2)
大気圏突入は(3)から
バズーカの軌道が地上と同じになるのは(4)から
アニメが成り立つのは(4)からでしょうか

回答No.2

sailor

おっしゃるとおりでアニメの画像のようにはなりません。また、機体に装備されたスラスターの位置もどう考えても発砲の反動を打ち消せるとは思いませんので、まぁ、絵空事です。ガンダムに限らず宇宙物のアニメやＳＦ映画でよくある戦闘機や戦艦などの砲撃戦もありえません。地球のような惑星上であり、大気や重力の影響を受ける環境であればいいのですが、ほぼそれらの影響を受けない宇宙空間でそのようなことをすると、砲撃した方も無事ではすまないのです。よくアニメやＳＦ映画であるような空中戦を宇宙空間で行うと、相手が爆発でもしたら、相手の速度＋爆発のエネルギーで得た速度で破片が飛び散りますが、真空で無重力の空間ではこれが何処までもエネルギーを保ったまま飛んでくることになります。もし、ＳＦ作品でかかれるように真っ向勝負で打ち合いをしたら、互いの機体速度＋爆発で得た速度で破片が何処までも飛んでくることになり、あたれば自分も無事ではすみません。また、宇宙空間では地球上で言うような最高速度などの概念がまったく通用しません。母艦から発進した場合では、母艦の速度＋発進した機体の加速力で最高速度が決まるので、地球上の戦闘機のような最高速度の考え方がまったく通用しません。したがってお互いの相対速度がどのくらいであるかはガンダムのようなレーダーが使えない世界ではまったく判らないのです。したがって、至近距離に近づくこと自体が非常に難しいでしょう。もし、目視で発見しても極めてちかいベクトルで運動している場合を除き格闘戦など不可能です。アニメで描かれているような方向変換をしたら、乗員が中でぺしゃんこにつぶれて赤い液体に浮いた肉の塊になるでしょう。互いの相対速度が低くても絶対的な速度が高ければその時点からの急旋回など１００％自殺行為です。地球の周回軌道を低軌道で飛んでいる状態でも、戦闘機のような起動をすればパイロットは確実に即死します。

まぁ、ＳＦ映画やアニメで描かれているような宇宙戦争はほとんどがありえませんね。

お礼

ご教授ありがとうございました。仕事の関係でお礼が遅れて申し訳ございません。
ブライト艦長が言った「弾幕が薄いぞ」は現実ではあり得ない話なんですね。
ところで確かに榴弾砲、ロケット砲の類は宇宙では使えないかもしれませんがビーム兵器は使えないでしょうか？
確か米国でレーガン政権時代にスターウォーズ計画とかで真剣にビーム兵器ではありませんでしたがレーザー兵器を研究していたと思います。大陸間弾道弾をレーザー兵器で破壊する衛星を打ち上げる予定だったようですがあれは成功しなかったんですかね。もしかしたら今でも研究していてレーザー兵器が今後完成したら打ち上げる予定があるんですかね?

回答No.1

tanuki4u

ガンダムとザクの戦闘中は、お互いに自由落下運動中と思われます。

※　静止軌道より下なら落下、静止軌道より上なら上に落下

自由落下中ですと、ガンダムもザクもそしてバズーカの弾も鉛直方向に関しては同じ運動になります。
ザクから放出されたバズーカの弾も、ガンダムとザクが存在している運動座標系にあるので、運動方程式を解釈する上では、地上と同じになります。
※　地上は、地球と同じ運動座標系（赤道上ですと　1700km/s）にあるので、地球の自転速とかは加味しなくても、運動方程式を溶けるのと一緒。

なので、ザクからガンダムに向けて狙って撃たれたバズーカの弾を、ガンダムは回避行動をしないと着弾します。

※　私は宇宙戦艦ヤマト世代ですが、ヤマトやその戦闘機の弾曳が曲線を描くのに、非常に違和感を覚えた。テレビの視聴者の目線設定が、ガミラス戦艦とヤマトと同一の運動座標系にあるならば、弾曳は、直線になるはず。地球上だと、戦艦は水上に浮かんでいる（浮力を受けている）ので、鉛直方向の位置は動けないが、砲弾は発射されたあと、鉛直方向に重力を受けるので、あのような円弧を描いて敵戦艦に着弾しますが、宇宙空間であれば、発射された弾だけが力を受けることはないので、真っ直ぐ飛ぶはず。

お礼

ご教授有難うございます。仕事の関係で返事が遅れまして申し訳ございません。
静止軌道より下は自由落下運動なんですね。そういえば後の回でガンダムとザクが自由落下運動をしながら戦う場面があるんですが苦戦しているガンダムに対してシャアが「自由落下とは言葉でいうほど自由ではないのでな」と言うのですが、当然シャアはそのことを知っていて多分自由落下を経験したことのないガンダムのアムロに対して大気圏突入時に戦闘を仕掛けるシャアの凄さに改めて感心しました。