ロケット科学101：ロケット方程式の専制政治

そのため、ロケットで何ができるのか、どのようにロケットを構築するのかには厳しい制限があります。 ロケットの動作は、ロケット科学者のコンスタンチン-ツィオルコフスキーにちなんで命名されたツィオルコフスキーロケット方程式によって支配されている。 この記事は、ロケット科学とその意味を支配する変数の基本的な紹介として機能することになっています。 そのため、いくつかの一般化が行われます。P>

我々はロケット方程式に到達する前に、のは、支配選手を見てみましょう。 宇宙へのロケットの旅に影響を与える二つの主要なものがあります：Delta-vExhaust velocity。宇宙空間に到達するには、ロケットは地球（または他の物体）の重力に対してエネルギーを費やす必要があります。

Delta-v

宇宙空間に到達するには、 このエネルギーは、多くの場合、delta-vとして表されます。P>

delta-vdelta-vdelta-v（vis-viva方程式を使用して計算）は次のとおりです。

1. Earth’s surface to Low Earth Orbit (LEO) = 9.3 km/s (at 250 km)2. LEO to Low Lunar Orbit (LLO) = 4 km/s3. LEO to surface of the Moon = 5.9 km/s4. LEO to Mars Transfer Orbit = 4 km/s5. LEO to the surface of Mars = 10.4 km/s

いくつかの:

• 地球の表面から低軌道（LEO）に到達するには、LEOから低軌道（LLO）に到達するよりも、倍以上のdelta-vかかります。
• しし座と月の間のすべての目的地は、地球の表面からしし座に到達するために必要なもののほんの一部です。
• レオへの地球の表面も火星の表面にレオから必要とされるものにほぼ等しいです。これは、宇宙への最初の障壁（地球の表面からレオ）が後続の障壁よりもはるかに高いことを意味するので注目に値する。 それは地球の重力の大きさのために非常に高いです。
  

  人類のための巨大な飛躍は、このように月を踏んでいないが、地球の軌道を達成しました！p>

  排気速度

  推進システムのタイプから利用可能なエネルギーは、多くの場合、Exhaust velocitydelta-vを達成するために使用されます。

  ロケット推進システムは、多種多様に来る。 ほとんどのロケットエンジンは化学推進剤を使用しています。 エネルギー的に（さまざまな条件の下で）反応する化学元素は高い排気の速度を与えるので推進力のために選ばれる物である。 推進剤の異なる組み合わせは、異なるエネルギー効率のために異なる排気速度を与える。比較を容易にするために、delta-vExhaust velocityの両方が同じ単位（km/s）で表されます。 ここでは、現在使用されている主要な化学推進システムとその平均排気速度があります。

  1. Solid propellant = 3 km/s
  (E.g. The Space Shuttle)2. Kerosene-Oxygen = 3.1 km/s
  (E.g. Falcon, Soyuz, Long March 6, Saturn V)3. Hypergols (propellants that ignite on contact) = 3.2 km/s
  (E.g. PSLV, Proton)4. Hydrogen-Oxygen = 3.4 km/s
  (E.g. Ariane 5, Delta IV)

  

  Specific impulse defines how effectively a rocket uses propellant. A propulsion system with a higher specific impulse is more efficient and therefore less propellant mass is needed for a given delta-v.p>

  Note: Higher specific impulse or exhaust velocity alone isn't enough to get something out of an object's gravitational well. The amount of thrust generated by the engine should be high too, which is why the low-thrust ion engines (despite having high specific impulse) can't get rockets out of Earth's gravity.

  とspecific impulseexhaust velocityMass ratioと呼ばれる第三の要因につながります。P>

  質量比

  Mass ratioは、特定の目的地の総ロケット質量を乾燥ロケット質量で割ったものです（i.推進剤なしのe）。 より高い質量比は、必要な推進剤の量がロケットの残りの部分よりも非常に多いことを意味する。 これは、ロケットが与えられた目的地にどれだけのペイロードを運ぶことができるかを制約するロケット方程式として有名に知られているものに私たちをもたらします。

  ロケット方程式

  ロケット方程式は、上記で議論された三つの量を次のように関連づけています。

  mass ratio = e ^ (delta-v/exhaust velocity),where 'e' is the mathematical constant equal to ~2.72

  一見しただけでは明らかではないかもしれないロケット方程式の複雑な結果があります。 質量比は、delta-vexhaust velocity(delta-v/exhaust velocity)mass ratioを比較します。p>

  

  特定の宛先には、二つのシナリオがあります:P>

  1. If delta-v <= exhaust velocity, the mass ratio is low and large payloads are thus possible.2. If delta-v > exhaust velocity, the mass ratio exponentially increases and only tiny payloads are allowed. Most of the ship will be propellant mass.

  mass ratio(delta-v/exhaust velocity)の値が3の場合、必要な質量比はなんと20です！ それはロケットがロケットの質量の残りの部分よりも20倍多くの燃料を運ぶことを意味します！ ゆっくりとそれは地球の重力の影響から抜け出すために難しくなります。

  この周辺では、推進剤だけで80-90％以上のロケットが発生します。 宇宙飛行士を月に乗せた強大なサターンVでさえ、85％の推進剤と15％のロケットでした。 さらに少ない割合は、同様に関連しているペイロードの質量です。

  基本的に、スペースに物を投げることは本当に高価で非効率的です。

  ロケット方程式の専制政治

  地球の半径が大きければ（-9700km）、delta-v要件は非常に高く、質量分率は巨大になります。 工学の実用的な限界のために、最もエネルギッシュな化学推進剤（水素-酸素）でさえ、ロケットを宇宙に到達させることはできないだろう。 私たちが今持っているタイプの宇宙計画、すなわち化学推進剤を使用する宇宙計画はありません。 この問題を解決する唯一の方法は、化学推進（例えば原子力推進）を超えて行くことです。 地球が十分に大きくないことは良いことだと思います！

  地球が50％大きかった場合、今持っているタイプの宇宙プログラムはありません。

  月へ

  しかし、私たちにとっても、ロケットの働き方には限界があります。 地球の引力はまだ十分に大きいので、私たちの化学推進剤ロケットは決してはるかに効率的ではありません、月は興味深い場所になります。

  月の原料を抽出し、それらを利用することができることは、地球の大きな重力から宇宙にすべてをドラッグする必要性から私たちを解放します。

  月は太陽系の様々な目的地に行くためのはるかに低いdelta-v要件を持っているので、ロケット方程式の結果を私たちの好意に置きます。 私たちは、以下にリンクされている同じ上の記事を持っています。