ロケット

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この项目では装置について记述しています。その他の用法についてはロケット (暧昧さ回避)をご覧ください。

ロケット（英：Rocket）は自らの质量の一部を后方に射出し、その反作用で进む力（推力）を得る装置（ロケットエンジン）、もしくはその推力を利用して移动する装置。外気から酸化剤を取り込む物（ジェットエンジン）は除く。

原理上、真空中でも推力を得ることができるため、主に宇宙空间での移动手段として使われている。また、ミサイルの动力として军事的に利用される场合も多い。

狭义にはロケットエンジン自体をいうが、ロケットエンジンを搭载して人工卫星などのペイロードを宇宙へ打ち上げる打ち上げ机（Launch Vehicle）全体をロケットということも多い。

なお、推力を得るために射出される质量（推进剤、プロペラント）が何か、それらを动かすエネルギーは何から得るかにより、ロケットは様々な方式に分类されるが、ここでは最も通用に使われている化学ロケット（化学燃料ロケット）を中心に述べる。

ロケットの语源は1379年、イタリアの技术者であるMuratoriによって名づけられたRocchettaである。

[编集] 概论

ロケットの方式で良く知られているものとしては、その使用するエネルギー源から分类して、化学ロケット、电気ロケット、原子力ロケットがある。

化学ロケットは、燃料の燃焼（化学反応）によって生じる热エネルギーを利用し、燃料自体を推进剤として喷射するもので、効率は最も悪いが利用しやすい。また、短时间に大きな推力を発生させることができる。実用化されたロケットのほとんどは化学ロケットである。

电気ロケットは、イオン推进など、推进剤を电気的に加速して喷射するものである。人工卫星や宇宙探査机などのスラスターとして実用化されている。大きい推力を得ることは难しいが、长期间の使用に向く。

原子力ロケットは、推进剤を原子炉で加热して喷射するもの、ロケットの后方で核爆弾を爆発させて推进力を得るもの（パルス推进）など复数の种类があるが、安全性の问题はもちろん、核兵器の宇宙空间への持ちこみを禁じた宇宙条约や宇宙空间での核爆発を禁止する部分的核実験禁止条约の制限により実用化されていない。オリオン计画やダイダロス计画といった构想が知られる。

なお、ロケットが推进する原理を「喷射したガスがロケットの后方の空気を押すから」と考える人もいるが、これは误解である。ロケットの推进は喷射したガスの反作用によるもので、だからこそ真空中でも推进できる（かつてニューヨーク・タイムズが、この误解に基づき真空中でロケットは飞べないと主张して、ロケット工学开拓者の一人であるロバート・ゴダードを批判する记事を掲载したという逸话がある）。こうしたロケットの原理を示す式として、ツィオルコフスキーの公式が存在している。

化学ロケットでは、その最大の货物は自らを宇宙空间まで运ぶ推进剤である。これは地球から长距离を航行しようとする际に大変な非効率をもたらすが、宇宙空间に中継地点を设けることである程度缓和されるのではないかと考えられている。アポロ计画の月着陆船が月から帰还するときに必要としたロケットが、地球から打ち上げられた际のサターンロケットに比べて惊くほど小さかったことからわかるように、重力が小さい场所から発进すればそれほど多くのエネルギーは必要としないのである。卫星轨道上に基地（宇宙ステーション）を设け、そこまで分割运搬した部品を组み立てて大きなロケットを建造し、そこから出発させるという方法などが考案されている。

また、ロケットを使わない静止轨道までの运搬方法として轨道エレベータなどが実际に検讨されている。

新型のロケットを开発する场合、成否はロケットエンジンの开発にかかっていると言っても过言ではなく、计画遅延の原因はエンジン开発の难航が占める割合が大きい。

1960年代～80年代にかけて、米国はスペースシャトルのエンジン以外、新型の液体燃料ロケットエンジンの开発には消极的だった为、欧州等に比べて出遅れた。その为、1990年代からロシアが开発した液体燃料ロケットエンジンを导入してライセンス生産している。

[编集] 化学ロケット

详细はロケットエンジンの推进剤を参照

化学ロケットは燃料と酸化剤を搭载しており、これらを燃焼させて高温・高圧のガスにして喷射する。燃料と酸化剤をあわせて推进剤という。この推进剤の形态から、ロケットは固体燃料ロケット、液体燃料ロケット、ハイブリッドロケットに大きく分类される。

固体燃料ロケット　略図

固体燃料ロケットとは、常温で固体の燃料と酸化剤（の混合物）を用いるロケットで、古くは火薬、最近の例では合成ゴムと酸化剤を混合成型したものなどが使われている。

固体燃料は常温では飞散しないため管理（保管）が楽、构造が简単な割に安価で大推力が得られる、体积が（液体燃料に比べ）小さいなどの利点を持つ。反面、重量あたりの推力を示す比推力が悪いため効率が悪く、推力の制御が难しいこと、またいったん点火したら、燃料をすべて消费するまで燃焼を停止させるのはほとんど不可能であることなどの欠点を持つ。

こうした特性から、常に発射可能な状态で保管しておかなければならない军事用途、大推力を求められる宇宙ロケットの一段目や补助ブースターに広く使用されている。

液体燃料ロケット　略図

液体燃料ロケットは、液体の燃料と酸化剤を用いるロケットである。固体燃料ロケットとは违い、推力の制御が容易であること、いったん燃焼を停止させたものを再度点火するのが可能であることなどの长所を持つが、その反面、燃料を送り出すための高圧ポンプや复雑な配管システムが必要とされるなど、构造が复雑になり、その分高価になるという欠点も持つ。

初期には常温保存が可能なヒドラジン（燃料）と四酸化二窒素（酸化剤）、ケロシン（燃料）と液体酸素（酸化剤・极低温）、などが用いられたが、最近はより高い比推力が得られる液体水素（燃料）と液体酸素（酸化剤）の组み合わせが、各国の基干ロケットの主流となっている（アメリカのスペースシャトル、ヨーロッパのアリアン5、日本のH-IIAなど）。このロケットの场合、酸素と水素を化合させる訳であるから、排気ガスは有毒物质を一切含まない水蒸気である。言い换えれば、最も强力な蒸気机関であるともいえる。环境保护という観点から见ても望ましい组み合わせであるが、液体水素は极低温流体であるのに加え、分子サイズも小さい（漏泄しやすい）ため取り扱いには危険を伴い、ロケット自体の开発も困难を极める。

また、人工卫星の轨道制御や姿势制御のための小型ロケットには、过酸化水素やヒドラジンを触媒で分解させて喷射する、构造が简単な一液式ロケットも用いられる。

なお、一般に燃焼室の冷却には燃料自体が使用される。上记の液体酸素・液体水素のエンジンでは、燃焼室の温度は三千度にも达するが、これだけの高温に耐えられる素材は现在のところ存在しない。その対策として、燃焼室の壁の中には细いパイプが何百本も张りめぐらされており、极低温の液体水素をその中に通し、それを気化させることによって热を夺うというシステムになっている。

ハイブリッドロケットは、化学ロケットの一种で、燃料と酸化剤がそれぞれ异なる相をもったロケットである。通用には、固体の燃料と液体の酸化剤が用いられる。固体燃料ロケットの特徴である构造の简易性と液体燃料ロケットの特徴である推力调整を可能とするが、同时に固体燃料ロケットと液体燃料ロケットの両方の欠点も并せ持つ。このため长らく実用化を见なかったが、スペース・シップ・ワンではハイブリッド・ロケットエンジンが采用された。

このため现在宇宙ロケットの分野では、効率が良い液体燃料ロケットが主流であり、固体燃料ロケットはブースターなどの补助推力として用いられる。一方、定期的に打ち上げる高高度気象観测ロケットや、発射准备时间が短いミサイル等では固体燃料ロケットが主流である。

[编集] 分类

以下に、燃料ではなく形态によるロケットの分类を示す。これらの方式の効率を计算するときは全てツィオルコフスキーの公式に基づく。

[编集] 単段式ロケット

最初期のロケットの姿であり、ペイロードを必要な速度・高度まで1基の打ち上げロケット（段）で运んでしまうロケットのこと。下记の多段式ロケットの対になる方式である。

単段式ロケットは、多段式ロケットに必要な切り离し装置などがないため构造が简単で、制作技术や制御技术があまり高くなくても作れる。またロケットが小型であれば多段式にするより単段式ロケットの方が効率も良い。しかし大型ロケットの场合、时间が経って不必要になった空の燃料タンクやエンジンもずっと输送することになり、効率が劣る。

V2ロケットなどの短距离弾道ミサイルや気象観测用ロケット、模型ロケットなど小型のロケットであれば、多段式にすると机构の复雑さから重量が増えてかえって非効率的になってしまうため、単段式ロケットが使われることも多い。

単段式ロケットの将来像として、単段式宇宙往还机も研究されている。

[编集] 多段式ロケット

ISS ズヴェズダの打ち上げ（ロシア）

ロケットが十分な速度を得るためには、移动体本体の质量は全体に比してできるだけ小さいことが望ましい。このため、空になった推进剤タンクやそれを燃焼させるエンジンを収容する部分は必要ない质量として切り离すという仕组みがコンスタンチン・E・ツィオルコフスキーにより考案され、现在も使われている。これを多段ロケットという。特に、化学ロケットは技术的な制约により、多段式でなければ卫星轨道に达する（つまり、第一宇宙速度を得る）ことは困难である。

この理屈で言うと、理论上は、非常に小さく区切られた燃料タンクと小型のロケットエンジンを、使い终わったら片っ端から切り离していくのが一番効率的になるのだが、実际には小型化にも限度があるし、あまり段数が多いと制御が难しくなり、切り离し装置の重量や容量も増えるため、技术面で现実的ではない。

现在主流のロケット（打ち上げ机）は、殆どが2～3段式の构成である。

なお、例えばペイロードを持たない3段式ロケットの场合、1段目は1段目自身と2段目、3段目のロケットも运ぶ必要があり、2段目は2段目自身と3段目を、3段目は3段目自身のみ运べば良い。

无重力空间のみで动くロケットの场合、各々の段の比推力は目的に応じて自由に决められるために1段目や2段目が非力で3段目のみ强力なエンジンを积むといったことも问题なくできるが、地球など天体の引力圏内にあるロケットの场合は、下のロケットが非力（具体的に言うと、上に载っているペイロードおよび全てのロケットの重量と自分自身の重量の和未満）だと飞び上がることができない。そのために、后述するクラスター方式などと并せ、下の段ほど强力にして、上の段に行くに従い出力も小さくなっていく。

[编集] クラスターロケット

クラスターロケットとは、多数のロケットエンジンを束ねて构成されるロケットのこと。多段式ロケットと共にツィオルコフスキーにより考え出された方式。

エンジン1基あたりの出力は高いほど望ましいのだが、新しい大型のエンジンを开発するには燃焼室の振动、耐久性、エンジン自体の质量増加、エンジンを作るのに必要なコストなどの问题を解决するため、莫大な时间と费用がかかる。クラスター方式は手持ちの信頼性の高いエンジンを流用して推力を増やせる坚実な方法であり、ソ连がアメリカに先んじてスプートニクやボストークを打ち上げるのを可能とした。しかしエンジンの数が増えると制御が困难になり、N1ロケット（一段目は30基のエンジン）、ソ连の有人月旅行计画の失败へとつながった。

旧ソ连のR-7（现在も直系の子孙であるソユーズロケットが使われている）が代表的なもので、一段目は5基のエンジン（ノズルは20个）を持つ。他のクラスターロケットには同じく旧ソ连制のプロトン（一段目に6基）やエネルギア、アメリカのサターンIおよびIB（1段目に8基）などがある。

[编集] ロケットの歴史

ロケットの歴史は古く、西暦1000年顷(?)には中国で、今のロケット花火の形态が発明され武器として利用されていた。 1232年、対モンゴル戦で使用されたという记録がある。その后、モンゴル人の手に渡り各地で実戦に投入された。14世纪半ばには中国の焦玉により多段式ロケットが作られた。

1792年にはインドのマイソール王国の王子であるティープー・スルタンによって対英国、东インド会社とのマイソール戦争で鉄制のロケットが成功里に使用された。英国は兴味を持ち、19世纪までに开発した。开発の中心人物はウィリアムコングレーブであった。1814年の米国におけるボルティモアの戦いでは英国舰HMS Erebusからフォートマクヘンリーにむけてロケットが発射された。同様に1815年のワーテルローの戦いでも使用された。

初期のロケットは回転せず、推力偏向が无い为、命中精度が低かった。初期のコングレーブのロケットでは长い棒をつけた。（现代のロケット花火に似ている）大型のコングレーブのロケットは重量14.5kg、棒の长さは4.5mだった。徐々に改良が加えられたが、ライフリングや钢鉄制炮身等の大炮の改良により射程距离、精度が高まってくると、诱导装置の无いロケットの使用は信号弾等、限定的なものになっていった。后年、カチューシャ (兵器)、无反动炮、MLRSとして复活する。

日本でも、鎌仓时代に元が攻めて来た（元寇）时に使用されたという。戦国时代には狼烟として使われ、江戸时代に入ると各地で伝承されてきた。埼玉県秩父市の椋神社で毎年10月に行われるロケット祭り（龙势祭り）や静冈県藤枝市冈部町朝比奈、同静冈市清水区草薙、滋贺県米原市等、各地で古くから龙势（流星）の打ち上げが行われてきた。现在でも打ち上げられる龙势は木材を竹タガで缔め、内部に黒色火薬をつき固めた端面燃焼ロケットである。この龙势祭りの起源は明确な记録がなく明かではないが、鉄炮伝来后の戦国时代以降の狼烟が、その后の平和な时代になって龙势（流星）となって农村の神事・娯楽に転化したという説が有力である。

近代のロケット、すなわち宇宙に行けるロケットが研究・开発されたのは、19世纪后半から20世纪である。

コンスタンチン・エドゥアルドヴィッチ・ツィオルコフスキー（1857年-1935年）はロケットで宇宙に行けることを计算で确认し、液体ロケットを考案した。このため彼は「宇宙旅行の父」と呼ばれている。ロバート・ハッチンス・ゴダード（1882年-1945年）は、1926年に世界初の液体ロケットを打ち上げた。このため「近代ロケットの父」と呼ばれている。世界初の液体ロケットエンジンはツィオルコフスキーのOR-2からセルゲイ・コロリョフ（1907年-1966年）が中心となったソ连のGIRD-09の开発とされている。実用的な液体ロケットは、ウェルナー・フォン・ブラウン（1912年-1977年）が中心となってナチス・ドイツで开発した、V2ロケットがはじめとされている。

ナチス・ドイツの崩壊前后、V2の开発に関わった人材の多くがアメリカに亡命した（ペーパークリップ作戦）。冷戦に入り、1958年にソ连が世界初の人工卫星を打ち上げたことでスプートニク・ショックが起き、宇宙开発竞争が始まる。さらに1969年にはアメリカがアポロ11号によって世界で初めて人类を月に到达させた。

この顷のロケットは、アメリカのレッドストーンやソビエトのR-7のように弾道ミサイルから弾头を外し、代わりに人工卫星や宇宙船を取り付けたものであり、ロケットの打ち上げ技术はミサイル技术と等価であり、威吓も含めた军事的価値も高いために、抜きつ抜かれつの开発竞争であった。

冷戦以后はアメリカとロシアの宇宙船は宇宙空间でドッキングを行ったり、协力して国际宇宙ステーションの建设にあたるなど宇宙开発や惑星・卫星探索への利用が进んだ。また、军事や情报における利用価値が认知され、现在に至るまで国家机密に属する非常に重要な技术として取り扱われている。特に侦察卫星の打ち上げは谍报活动において革新的な出来事であり、これまで谍报员や侦察机を送り込んで危険を覚悟で行ってきた谍报活动のリスクを大幅に削减する成果をあげた。

また、GPS卫星の打ち上げ后は比较的正确な位置测定の手段としてカーナビゲーションシステムなどに応用され、宇宙ロケット関连技术は现代人の生活を支えるのに欠かせない存在となっている。

ロケットは文化的な影响も大きな存在である。子供でも理解しやすく见栄えの良いロケットは人々へ梦を与え、あるいは正义や悪の力を象徴する强烈なシンボルとしてジャンルを问わず映画や小説、アニメや漫画等の舞台に多く登场してきた。その人気の背景となる日本のロケット技术発展は目覚しいもので、现在では世界的にも高いレベルを持っている。近年では资金难や技术的な困难を乗り越え、ロケットで打ち上げられたはやぶさ探査机が目的の小惑星に着陆し、世界で初めて小惑星からの离陆を果たす（着陆だけならば米探査机が先）という伟业を成功させた事が记忆に新しい。はやぶさ探査机は当初マスメディアから全くといってよい程取り扱われる事が无かったが、次第に関系者だけでなく多くの一般市民がプロジェクトの経过を见守り、関心を集めることになった。

国家ないし国家连合による政策としての宇宙开発が财政面で苦しい局面に立たされている反面、民间によるロケット开発も盛んである。これまでにもTBSの宇宙特派员として1990年 12月2日にソユーズで飞び立ちミールに9日间滞在した秋山豊寛をはじめ、何人かの民间人が主にロシアに経费を支払い宇宙开発目的のロケット打ち上げに便乗する形で、宇宙旅行を実现したことはあった。いくつかの民间企业は将来的に民间旅客机での宇宙旅行を実现するべく、现在主に母机から空中で切り离し加速し、宇宙空间（地上100キロメートル）に到达后数十秒から数分后に水平着陆するタイプのロケットプレーンを开発している。日本ではペプシが1998年にこの宇宙旅行の切符を公开悬赏としてプレゼントするキャンペーンを行ったことがあるが、2001年に（2001年宇宙の旅へのオマージュとして）実施予定だったフライトは、现在の所延期されている。

さらに规模は小さくなるが、アマチュアによるロケット打ち上げの试みも存在する。2004年 5月17日には20人ほどのアメリカ人による组织「Civilian Space eXploration Team」(CSXT)によって打ち上げられたアマチュアロケット「GoFast」が、高度100キロメートルに到达し、史上初めて宇宙空间に到达した、一般人によるロケットとして歴史に名を残した。

[编集] 世界各国のロケット打ち上げ実绩

成功率顺位	国名	打ち上げ回数	失败数	成功率
1	ロシア	1507	65	95.7%
2	EU	174	11	93.7%
3	アメリカ合衆国	535	37	93.1%
4	中华人民共和国	93	8	91.4%
5	日本	57	5	91.2%
6	インド	22	7	68.2%
7	イスラエル	6	2	66.7%

（2007年6月JAXA调べ）

[编集] 教材用ロケット

また、最近（1990年代ごろから?）では、ペットボトルに水と圧缩空気を充填し、水を圧缩空気の圧力で喷射する事によって推力を得るペットボトルロケットが、科学教材として広く利用されている。また、火薬を使って飞ばす「モデルロケット」も普及し始め、各地の中学校で「総合教育」として取り入れられている。この「モデルロケット」はアメリカ航空宇宙局（NASA）も普及に协力している。また、JETEXやタイガーロケッティのような模型飞行机向けのロケットエンジンもあった。（JETEXは现在も継続中）

[编集] ハイブリッドロケット开発

现在、几つかの大学によりハイブリッドロケットの研究开発が行われており、例としては北海道大学（CAMUIロケット）、首都大学东京の汤浅研究室、东海大学のTSRPなどが挙げられる。

[编集] 大気圏内でのロケット

ロケットは推进力が强力であり、大気圏内において物体を飞行させるための推进力としても利用される。その最も通用な适用例は気象観测ロケットで、高层大気の状态を観测するためにしばしば打ち上げられる。気象庁でも定期的に気象観测ロケット(MT-135)を打ち上げていたが、2001年に运用を终了させた。

他に无重力実験や各种実験、天体観测の为に试験装置を搭载したロケットが打ち上げられる场合もある。

飞行机への适用としては、第2次世界大戦末期に盛んな研究・开発がなされたが、その典型例がナチスドイツの迎撃戦闘机 Me163といえる。Me163 は推力1,700kgのヴァルターロケット1基により亜音速飞行を実现した。この戦闘机を参考に日本でも类似した局地戦闘机「秋水」が试作されたが、试験飞行中に坠落して终わった。

また、固体燃料式のロケットもプロペラ机の离陆促进用补助ロケットとして各国で多数利用されたが、纯然たる推进力として采用した航空机として有名なのが第2次世界大戦において使用された日本海军の人间爆弾（特攻兵器）「桜花」である。本机はまずグライダーとして母机から切り离された后、攻撃を回避しながら敌舰へ体当たりするため推力800kgの火薬式ロケット3本を顺次燃焼させながら最终的に时速800km程度で突入するというものであった。航空机から小型航空机を発射するという概念はその后、超音速実験机X-1やALCMに引き継がれている。ドイツでは无线诱导ロケット爆弾Hs 293などが开発され、実戦投入された。その后、米军の超音速実験机X-1においてロケットが推进力として使用されて飞行速度1.06マッハを実现したものの、燃费が悪いロケットは大気圏内の航空机用推进力としてはあまり用いられなくなり、航空机の推进力は次第にジェットエンジンへと迁移していった。

しかし、その后も宇宙ロケットと构造が类似している弾道ミサイルには液体燃料ロケットが采用され、瞬発力と大推力を有する固体燃料ロケットは弾道ミサイルのほか、前述の通り短射程のミサイルや気象観测、无重力実験、射出座席やZero length launch、MLRS、无反动炮等にも多用されている。

[编集] 主なロケット

[编集] 歴史的なロケット

[编集] 现代のロケット

[编集] 関连项目

[编集] 外部リンク