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速く飛ぶためのくふう

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ライフル銃の弾丸よりも速い、ロケットのスピード

ロケットで、人工衛星地球周回軌道(きどう)にのせるためには、秒速7.9kmの速度が必要です。また、地球の引力を脱出して月や惑星(わくせい)に向かうには秒速11.2kmもの速度が必要です。ライフル銃から発射される弾丸の速さが毎秒1~2kmであることを考えると、いかに速い速度であるかがわかると思います。ロケットがこのような高速で飛行するためには、「燃焼ガスの噴射速度」と「質量比」の関係が重要になります。

「質量比」は推進剤を積んだロケットの重さを、空(から)の重さで割ったもの

質量比とは、ロケットの推進剤タンクやエンジンなどの構造物(ロケットの機体など)が、どのくらい軽くつくられているかを示すもので、[質量比=推進剤(すいしんざい)を積んだときの全体質量÷燃焼が終了し、空(から)になったときの全体質量]という式によってあらわされます。この値が大きいほど、ロケットは推進剤を多く積んでいることになり、最終速度を速くすることができます。現在使われている多くのロケットの質量比は、6~20程度です。

また、ロケットの全重量に対する推進剤の重量の割合を燃料比ということばであらわすこともあります。[燃料比=1-(1/質量比)]という関係があります。「燃料比のちがい」のグラフを見ると、燃料比が50パーセント以下のジェット旅客機、船、自動車、ディーゼル機関車などとことなり、ロケットはその重さの大部分が推進剤であることがわかります。

「比推力」が大きい推進剤ほど性能がよく、ガスの噴射速度が速い

比推力(ひすいりょく)とは、ロケットの推進剤の性能を示すものです。この数値は、推力や速度を上げるために重要で、[比推力=推力÷1秒間に消費される推進剤の質量]という式であらわされます。この比推力が大きい推進剤ほど性能がよく、燃焼後のガスの噴射速度が速いのです。また、比推力は燃焼ガスの噴射速度をあらわしており、比推力の10倍が噴射速度だと考えられます。つまり、比推力250秒の推進剤の噴射速度は秒速約2,500mです。