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ロケットの構造と設計(1)

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ロケットの性能は打ち上げる重量と軌道の高さで決まる

ロケットの性能は、ペイロード(打ち上げる宇宙船や人工衛星など)の重さと軌道により決まります。打ち上げるペイロードが重ければ重いほど、そしてペイロードを到達させる軌道の高度が高ければ高いほど、性能の良いロケットを設計しなければなりません。性能の良いロケット、つまり効率のよいロケットを設計するには、ロケット本体の重量をなるべく軽くしたうえで、推力(ロケットを推進させる力の大きさ)を大きくする必要があります。

高い比推力と機体の軽量化が設計のポイント

優れたロケットを設計するうえでは、単位時間あたりに単位重量の推進剤(ここでいう「推進剤」には、「燃料」と「酸化剤」の両方が含まれます)が生み出す推力をあらわす「比推力」に、より高い値を採用しなければなりません。また、ロケットにどれだけの重さのペイロードを搭載することができるのかは、発射の時点でロケットが搭載している推進剤の重さが、ロケットの全重量(機体そのものの重量と推進剤の重量を足し合わせたもの)に占める割合(推進剤重量比)が大きく左右します。機体そのものの構造を軽量化することで、推進剤重量比を高くすることができます。

効率を追求した多段式ロケットの構造

少しでも重いペイロードを運び上げることができるように、ロケットを設計する際には機体各部について徹底した軽量化が図られます。空になって不要になった推進薬タンクなどを切り離していく「多段式ロケット」は、この考え方を推し進めたものです。ペイロードをより効率良く目標の高度に到達させるためには、不要な部分を捨て去ることで推進剤重量比を上げたほうが良いのです。システムを複雑にし過ぎて信頼性を損ねないよう、2~3段式とするのが一般的となっています。