【アメリカが初めて月面着陸した際にどのように宇宙ロ

質問

【アメリカが初めて月面着陸した際にどのように宇宙ロケットに戻ったのでしょうか？】

「真空中でロケットエンジンで月から離陸した」というのは本当ですか？

真空中でどのようにロケットエンジンに着火させたのですか？

アメリカが人類で最初に月面着陸したのはアポロ11号でしたっけ？

1号から10号は月面着陸は無理でも弾道ミサイルのように大気圏超えはしてたんですよね？

それと人が乗り始めたのはアポロ何号からですか？

回答No.5

kagakusuki · ベストアンサー

アポロ計画で月まで行くのは巨大なサターンV型(さたーんごがた)ロケットの先端部に搭載された司令船と機械船、及び「機械船と第3段ロケットとの間に格納されている月着陸船」だけです。

【参考URL】
　サターンV - Wikipedia
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B5%E3%82%BF%E3%83%BC%E3%83%B3V

　司令船と機械船は「打ち上げ前」から「地球の近くに戻って来て大気圏に突入する直前」の辺りまでは結合しっ放しで、機械船と司令船で合わせて1つの宇宙船となっています。

【参考URL】
　アポロ司令・機械船 - Wikipedia
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%83%9D%E3%83%AD%E5%8F%B8%E4%BB%A4%E3%83%BB%E6%A9%9F%E6%A2%B0%E8%88%B9

　サターンV型ロケットで月へ向かう際に、第1段から第3段までのロケットの推進剤を使い尽くした後、司令船+機械船は第3段ロケットを一旦切り離してから、機体の向きを180°変え、宇宙船の先端を第3段ロケットの方に向けて、切り離したばかりの第3段ロケットの上部に向かってゆっくりと接近して行き、第3段ロケットの上部のカバーの中に搭載されている月着陸船の上部とドッキングします。(第3段ロケット上部のカバーは4枚のパーツで構成されており、司令船+機械船と切り離される際に花弁が開く様に開いて放棄されます)
　そして今度はゆっくりとバックして月着陸船を引っ張り出し、第3段ロケットから離れたところで再度180°向きを変えて月へと向かいます。

【参考URL】
　アポロ宇宙船 - Wikipedia
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%83%9D%E3%83%AD%E5%AE%87%E5%AE%99%E8%88%B9

　アポロ宇宙船は月の近くまで到着すると、機械船の尾部に搭載されている液体ロケット(燃料はエアロジン50と呼ばれるヒドラジンと非対称ジメチルヒドラジンの混合燃料、酸化剤は四酸化二窒素)で逆噴射して減速し、月の周りを回る軌道に乗ります。(人工衛星が地球の周りを回る軌道を回っているのと同様に、月の重力を使って月の周りを回ります)
　アポロ宇宙船の内、月面に着陸するのは月着陸船だけであり、司令船と機械船は月の周りを回る軌道上で待機します。
　アポロ宇宙船に搭乗する宇宙飛行士は3名ですが、月着陸船は2人乗りであり、月着陸船に乗れない1名は月の周りを回る司令船+機械船の操縦などをするための要員です。
　月面へ行く2名は司令船の上部のハッチを開けてから、司令船の先端のカバーを外し、月着陸船上部のハッチを開けて月着陸船に乗り込み、司令船と月着陸船のハッチを閉めます。
　そして月着陸船は司令船から切り離された後、姿勢制御用の推進器を使用してゆっくりと司令船や機械船から離れ、十分距離が離れてから月着陸船の底部にある降下用の液体ロケット(燃料:エアロジン50、酸化剤:四酸化二窒素)で逆噴射して減速する事で、月を回る軌道を離れて月面へ向って降下して行きます。
　月には空気が無いためパラシュートの様なものは使えませんから、月面への軟着陸も降下用のロケットを使った垂直着陸によって行われます。
　さて、月着陸船は降下段(下部の着陸脚が付いていて金色の金属箔で被われた部分)と上昇段(上部の銀色の部分)という2つのモジュールで構成されています。
　月面探査を終えた宇宙飛行士が司令船に帰還する際には、降下段と上昇段の間の結合を切り離し、降下段を打ち上げ台として使用して、上昇段だけを使って月面を離れます。

【参考URL】
　アポロ月着陸船 - Wikipedia
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%83%9D%E3%83%AD%E6%9C%88%E7%9D%80%E9%99%B8%E8%88%B9

　この上昇の際に使用されるのは上昇段の底部にある上昇用の液体ロケットで、この上昇用のロケットは、機械船や降下段にのメインエンジンに使われているものと同様に、燃料としてエアロジン50を、酸化剤として四酸化二窒素を使用しています。
　前述の通り、エアロジン50はヒドラジンと非対称ジメチルヒドラジンの混合燃料なのですが、ヒドラジンや非対称ジメチルヒドラジンなどのヒドラジン系の燃料は、四酸化二窒素と接触すると、火種が全くなくとも自然発火するという性質があります。
　この様な燃料と酸化剤が接触しただけで自然発火する様になる、燃料と酸化剤の組み合わせは他にもあり、その様な燃料と酸化剤の組み合わせの事をハイパーゴリックと言います。

【参考URL】
　ハイパーゴリック推進剤 - Wikipedia
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%8F%E3%82%A4%E3%83%91%E3%83%BC%E3%82%B4%E3%83%AA%E3%83%83%E3%82%AF%E6%8E%A8%E9%80%B2%E5%89%A4

　液体ロケットでは、ロケットの燃焼室の中が例え最初は真空であっても、ポンプの圧力や推進剤タンクの圧力によって、液体の燃料や酸化剤が燃焼室内に送り込まれると、それらの液体が低圧によって気化するため、推進剤や燃料が気化したガスが燃焼室内を満たします。
　ロケットの噴射孔は外部に開いているため、それらのガスも宇宙空間に向かって逃げては行きますが、ガスが逃げて行くのは圧力差があるからであり、燃焼室内の圧力と宇宙空間の圧力の差が小さければガスが逃げて行く速度は遅くなります。
　つまり、送り込む推進剤の量が少なくても、連続して送り込まれていれば、圧力は低いものの、燃焼室内は推進剤が気化したガスによって満たされる事になります。
　又、強力なポンプを使って大量の推進剤を送り込む様にすれば、その分だけ燃焼室内の圧力を高くする事が出来ます。
　又、大抵の場合、未だ噴射を1度もしていない待機状態のロケットエンジンは、内部に異物が入ったり、内部が傷ついたりする事を防止するという目的もあって、噴射孔には蓋がされている事が多いのですが、この蓋の存在により、燃焼室内の圧力が蓋を吹き飛ばす程高い圧力になるまでの少しの時間、推進剤が気化したガスは宇宙空間に拡散せずに燃焼室内に留まる事になります。(サターンV型ロケットの第3段目や、機械船、月着陸船降下段の場合は、複数回に分けて噴射が行われるため、蓋無しでも点火出来る様にする必要があります)
　このため、例え真空中であってもロケットに点火出来ない訳ではありません。
　処で、火種からガスに燃え移った炎がガスの中を燃え広がってかなければ燃焼は進みませんが、ガスが存在していない空間があればそこから先には炎が燃え広がる事が出来ませんので、普通の燃料と酸化剤の組み合わせでは、可燃性のガスが燃焼の継続が可能となる様な濃度で燃焼室内の空間に連続して存在していなければ点火する事が出来ません。
　それに対し、ハイパーゴリックの組み合わせを用いている場合には、燃料と酸化剤が出会いさえすれば点火出来るため、極端に希薄なガス同士であっても接触しさえすれば燃焼し始める事が出来ます。
　このため、ハイパーゴリックの場合は、例え真空の宇宙空間であっても、兎に角燃焼室内に燃料と酸化剤を送り込むだけで、確実に点火する事が出来ます。
　機械船や月着陸船に使用されている液体ロケットエンジンは、高圧のヘリウムボンベに蓄えられているヘリウムガスを、推進剤タンクの中に送り込む事で推進剤タンク内の圧力を上げておき、その推進剤タンク内の圧力によってロケットの燃焼室内に推進剤を送り込むという方式です。
　そのため、ポンプを使って推進剤を送り込む方式と比べると、燃焼室内に送り込む事が出来る推進剤の流量は少なくなってしまうのですが、前述の通り、ハイパーゴリックの組み合わせを用いているため、燃焼室に送り込む事が出来る流量が少なくても点火できなくなる心配が無いのです。

>アメリカが人類で最初に月面着陸したのはアポロ11号でしたっけ？

　その通りです。

>1号から10号は月面着陸は無理でも弾道ミサイルのように大気圏超えはしてたんですよね？

　いいえ、アポロ1号は発射に備えての予行演習中に火災が発生し、宇宙飛行士3名の命が失われるという事故があったため、発射にすら至っておりません。

【参考URL】
　アポロ1号 - Wikipedia
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%83%9D%E3%83%AD1%E5%8F%B7

>それと人が乗り始めたのはアポロ何号からですか？

　前述のアポロ1号からですが、アポロ1号よりも前に行われたアポロ1A号、2号、3号と、アポロ1号の後に行われた4号、5号、6号には人が搭乗しておらず無人で打ち上げられたものです。

【参考URL】
　アポロ計画 > 6.5 計画の概要
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%83%9D%E3%83%AD%E8%A8%88%E7%94%BB#.E8.A8.88.E7.94.BB.E3.81.AE.E6.A6.82.E8.A6.81

お礼

みなさん回答ありがとうございます

回答No.4

staratras

月からの上昇に限って回答します。

アポロ計画では、月面に降りるのは「月着陸船」と呼ばれた4本の脚が付いたロケットで、上昇部と下降部に分かれています。月から上昇するのは上昇部だけですが、上昇部・下降部ともそのロケットエンジンは燃料がエアロジン-50というヒドラジンと非対称ジメチルヒドラジンを質量比ほぼ半分ずつ混合したもの、酸化剤が四酸化二窒素でした。この組み合わせでは、燃料と酸化剤を混合しただけで着火します。

なお宇宙開発で使われるロケットエンジンは、ほぼ真空状態の酸素が存在しない(または極めて希薄な）高度でも燃焼しなければ役に立ちませんので、液体燃料を用いるエンジンでは燃料の他に必ず酸化剤を搭載しています。例えばアポロ11号を打ち上げたサターン5型ロケットでは、1段目は燃料がケロシンで酸化剤が液体酸素、2・3段目は燃料が液体水素で酸化剤が液体酸素でした。また固体燃料のロケットの場合でも燃料と酸化剤などを均一に混ぜ合わせて固めています。

回答No.3

notnot

＞真空中でどのようにロケットエンジンに着火させたのですか？

ロケットは、燃料の他に液体酸素を積んでいて、燃焼室内で燃料と酸素を混ぜますので、真空中でも問題なく燃料が燃えます。

＞アメリカが人類で最初に月面着陸したのはアポロ11号でしたっけ？

他の方と重なりますが、1号失敗で死亡。4～6号無人。7号（以降有人）で地球周回。8号が8の字型に月の向こう側を回って帰ってきた。9号が地球周回で、着陸船と司令船のテスト。10号がリハーサルでまた月軌道に。11号で着陸。という経緯です。

＞1号から10号は月面着陸は無理でも弾道ミサイルのように大気圏超えはしてたんですよね？

アメリカの有人宇宙船は、一人乗りのマーキュリー、二人乗りのジェミニ、三人乗りのアポロという流れです。
1961年のソ連のガガーリンの地球一周の直後に、マーキュリー3号が弾道飛行して、そのまたすぐ後にマーキュリー6号でアメリカ初の地球周回三回です。

回答No.2

nananotanu

一応簡単にご説明すると、11号だけがいきなり月に行ったわけじゃないですよ？ちゃんと順を追って準備が進められています。

人が載った最初は1号です。但し、打ち上げ前の火災で3人の宇宙飛行士さんは犠牲になってしまいました。その後、緊急脱出ロケットが追加されました。
最初の有人飛行となったのは7号で、11日間にわたり地球を周回し、司令船その他の性能試験を行いました。8号からは(11号でも使われた)サターンVロケットによる打ち上げで、史上初めて、人間が月を周回した飛行となりました(8号で既に月までは行っているんです)。続く9号では10日間にわたり地球を周回し、月着陸船の性能試験および船外活動を行いました。本当は9号も月まで行く計画だったのですが、何だったか失念しましたが装置の納品が間に合わず、急きょ地球の周りをまわりながらの月着陸船のテストになりました。10号で再び月周回飛行を行いました。今度は月周回軌道上で月着陸船の性能試験を行い、実際に司令船から切り離しての、高度15.6kmへの降下もテスト(予行練習)しました。そして、ご存知のように11号で月面着陸を成功させたわけです。

回答No.1

IDii24

>「真空中でロケットエンジンで月から離陸した」
本当ですかといわれれば本当なのでしょう。着陸自体が嘘というデマもありますけどね。
着陸船で着陸し、その上半分だけが打ちあがる方式で、母船が月の軌道を周回して待っているので、真上に来るタイミングで打ちあがり、空中でランデブーし帰還する方式。
着火というのはマッチで火をつけるとか、プラグで火花を散らすとかではなく、着火用の液体を燃料に流し込んで爆発する方式。
アポロは１－３はロケットテストだけ。４－６は無人。7から有人。何しろソビエトは先に有人で宇宙まで出てますから。アメリカは焦っていたついでに「よっしゃそれなら月まで飛ばしてやるよっ！」と大見えを張った結果がアポロ。当時からあんなこと言っちゃって無理があったんじゃないのってことで「ぜーんぶ嘘」説が絶えないわけです。