宇宙機の推進方法
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宇宙機の推進方法は宇宙機と人工衛星を加速する方法である。多数の異なる手段がある。それぞれの方法に長所と短所がある。エンジンに関してはロケットエンジンを参照。
最近の宇宙機はすべて化学ロケットで打ち上げられる。大半の人工衛星は単純な化学ロケットによる反動で軌道に投入される。試験的にイオンエンジンも使用される。
目次 |
[編集] エネルギーの使用
反動で加速する為に、推進剤に運動量を与えるエネルギーが必要である。化学ロケットでは燃焼の過程で熱、圧力、分子の再結合、解離などにエネルギーが分散され、推進剤を加速させる有効分は小さくなる。高効率を誇る電気推進においても、推進剤全てがプラズマとなるわけではないため、やはりエネルギーのロスが存在する。故に効率が100%というエンジンはありえない。
[編集] 推進方法
Template:Prose 推進方法は反動質量によって決まる。
[編集] ロケットエンジン
詳細はロケットエンジンを参照
大半のロケットエンジンは内燃式である。ノズルによって推進効率が変化する。
イオン推進ロケットはプラズマ或いは帯電した気体を電磁気作用によって加速する事により、反動で推進力を得る。比推力は高いが、大推力を得る事が出来ないので軌道上で使用される。
ロケットエンジンを参照すれば多種類のロケットエンジンとそれらの特徴がわかる。
[編集] 電磁気による加速
電磁気による推進方法:
- イオン推進器 (加速されたイオンに電子線を照射してイオンを中和する)
- 静電イオン推進器
- 電場放射電子推進
- ハル効果推進器
- コロイド推進器
- プラズマ推進器 (where both ions and electrons are accelerated simultaneously, no neutralizer is required)
- MPDアークジェット
- Helicon Double Layer Thruster
- Electrodeless plasma thruster
- Pulsed inductive thruster
- Variable specific impulse magnetoplasma rocket (VASIMR)
- マスドライバー (for propulsion)
[編集] 反動質量を持たない宇宙機のシステム
従来の方法では反動を得る為の何らかの質量を機内に蓄えていたが太陽光の放射圧により推進する太陽帆もある。
[編集] 打ち上げの原理
- 軌道エレベータ
- Orbital airship
- Space fountain
- Hypersonic skyhook
- Electromagnetic catapult (レールガン, コイルガン)
- Space gun (Project HARP, ram accelerator、多薬室砲)
- レーザー推進 (ライトクラフト)
[編集] 空気取り入れ型エンジンによる軌道投入
詳細はジェットエンジンを参照
- ATREX - a lightweight hydrogen fuelled turbojet with precooler[2]
- Liquid air cycle engine - a hydrogen fuelled jet engine that liquifies the air before burning it in a rocket engine
- スクラムジェットエンジン - jet engines that use supersonic combustion
[編集] 物理法則
- Diametric drive
- Pitch drive
- Bias drive
- Disjunction drive
- Alcubierre drive (a form of Warp drive)
- Differential sail
- ワームホール - theoretically possible, but impossible in practice with current technology
- 反重力 - requires the concept of antigravity; theoretically impossible
- Reactionless drives - breaks the law of conservation of momentum; theoretically impossible
- EmDrive - again, breaks the law of conservation of momentum; theoretically impossible
- A "hyperspace" drive based upon Heim theory
[編集] 各、推進方法の仕様一覧
以下に一般的に使用される推進方法の比較の為に示す。
| Method | Effective Exhaust Velocity (m/s) |
Thrust (N) |
Firing Duration | Maximum Delta-v (km/s) |
|---|---|---|---|---|
| Propulsion methods in current use | ||||
| 固体ロケット | 1,000 - 4,000 | 103 - 107 | minutes | ~ 7 |
| ハイブリッドロケット | 1,500 - 4,200 | <0.1 - 107 | minutes | > 3 |
| 一液式ロケット | 1,000 - 3,000 | 0.1 - 100 | milliseconds - minutes | ~ 3 |
| 二液式ロケット | 1,000 - 4,700 | 0.1 - 107 | minutes | ~ 9 |
| 三液式ロケット | 2,500 - 4,500 | minutes | ~ 9 | |
| レジストジェット | 2,000 - 6,000 | 10-2 - 10 | minutes | |
| DCアークジェット | 4,000 - 12,000 | 10-2 - 10 | minutes | |
| ホールスラスタ (HET) | 8,000 - 50,000 | 10-3 - 10 | months/years | > 100 |
| イオンエンジン | 15,000 - 80,000 | 10-3 - 10 | months/years | > 100 |
| 電界効果型電気推進 (FEEP) | 100,000 - 130,000 | 10-6 - 10-3 | weeks | |
| MPDアークジェット (MPD) | 20,000 - 100,000 | 100 | weeks | |
| パルス式プラズマスラスタ (PPT) | ~ 20,000 | ~ 0.1 | ~ 2,000 - ~ 10,000 hours | |
| Pulsed inductive thruster (PIT) | 50,000 | 20 | months | |
| 原子力電気推進 | As electric propulsion method used | |||
| Currently feasible propulsion methods | ||||
| 太陽帆 | N/A | 9 per km² (at 1 AU) |
Indefinite | > 40 |
| テザー推進 | N/A | 1 - 1012 | minutes | ~ 7 |
| マスドライバー (for propulsion) | 30,000 - ? | 104 - 108 | months | |
| オリオン計画 (Near term nuclear pulse propulsion) | 20,000 - 100,000 | 109 - 1012 | several days | ~30-60 |
| Variable specific impulse magnetoplasma rocket (VASIMR) | 10,000 - 300,000 | 40 - 1,200 | days - months | > 100 |
| 熱核ロケット | 9,000 | 105 | minutes | > ~ 20 |
| 太陽熱ロケット | 7,000 - 12,000 | 1 - 100 | weeks | > ~ 20 |
| 放射性同位体推進 | 7,000-8,000 | months | ||
| Air-augmented rocket | 5,000 - 6,000 | 0.1 - 107 | seconds-minutes | > 7? |
| Liquid air cycle engine | 4,500 | 1000 - 107 | seconds-minutes | ? |
| SABRE | 30,000/4,500 | 0.1 - 107 | minutes | 9.4 |
| 2動作モードロケット | ||||
| Technologies requiring further research | ||||
| マグネティックセイル | N/A | Indefinite | Indefinite | |
| Mini-magnetospheric plasma propulsion | 200,000 | ~1 N/kW | months | |
| 核パルス推進 (Project Daedalus' drive) | 20,000 - 1,000,000 | 109 - 1012 | years | ~15,000 |
| 気化炉心ロケット | 10,000 - 20,000 | 10³ - 106 | ||
| Nuclear salt-water rocket | 100,000 | 10³ - 107 | half hour | |
| Beam-powered propulsion | As propulsion method powered by beam | |||
| Fission sail | ||||
| Fission-fragment rocket | 1,000,000 | |||
| Nuclear photonic rocket | 300,000,000 | 10-5 - 1 | years-decades | |
| 核融合ロケット | 100,000 - 1,000,000 | |||
| 軌道エレベータ | N/A | N/A | Indefinite | > 12 |
| Significantly beyond current engineering | ||||
| Antimatter catalyzed nuclear pulse propulsion | 200,000 - 4,000,000 | days-weeks | ||
| Antimatter rocket | 10,000,000 - 100,000,000 | |||
| バサードラムジェット | 2,240,623 - 20,000,000 | indefinite | ~30,000 | |
| Gravitoelectromagnetic toroidal launchers | <300,000 | |||
[編集] 参考
- Interplanetary travel
- 恒星間航行
- List of aerospace engineering topics
- マグネティックセイル
- Orbital maneuver
- Orbital mechanics
- ロケット
- Rocket engine nozzles
- 人工衛星
- 太陽帆
- 原子力推進
- 比推力
- ツィオルコフスキーの公式
- 超光速航法
[編集] 出典
- ^ Anonymous (2006). "The Sabre Engine" Reaction Engines Ltd.. 2007-07-26閲覧.
- ^ Harada, K.; Tanatsugu, N.; Sato, T. (1997). “Development Study on ATREX Engine”. Acta Astronautica 41 (12): 851-862. 2007-07-26閲覧.
[編集] リンク
- NASA Beginner's Guide to Propulsion
- NASA Breakthrough Propulsion Physics project
- Rocket Propulsion
- Journal of Advanced Theoretical Propulsion
- Different Rockets
- Earth-to-Orbit Transportation Bibliography
- Spaceflight Propulsion - a detailed survey by Greg Goebel, in the public domain
- Rocket motors on howstuffworks.com
- Johns Hopkins University, Chemical Propulsion Information Analysis Center
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