宇宙機の推進方法のソースを表示

{{Expand English|date=2023年5月}}
'''宇宙機の推進方法'''（うちゅうきのすいしんほうほう）では、[[人工衛星]]や[[宇宙船]]などの[[宇宙機]]を加速させる方法を扱う。多数の異なる手段があり、それぞれ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。[[宇宙空間]]においては[[電気推進]]の[[イオンエンジン]]も使用され、主に[[人工衛星]]の軌道制御や[[宇宙探査機]]の航行に用いられる。

==エネルギーの使用==
[[Image:PropulsiveEfficiency.svg|thumb|right|Due to energy carried away in the exhaust the energy efficiency of a reaction ]]
[[運動の第3法則|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%というエンジンは現状存在しない。

:<math>\begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} Mv_e^2</math>

==推進方法==
{{出典の明記|section=1|date=2007年7月}}
推進方法は反動質量によって決まる。

===ロケットエンジン===
[[Image:SpaceX_engine_test_fire.jpg|thumb|right|Space X、ケストレルエンジンの試験（[[ファルコン1]]二段目）]]
{{main|ロケットエンジン}}

大半のロケットエンジンは[[内燃機関|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 (力学)|軌道]]上で進路修正程度に使用される。

[[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。

===電磁気による加速===
[[Image:Ion_Engine_Test_Firing_-_GPN-2000-000482.jpg|thumb|right|250px|静電場による[[キセノン]]イオンの加速実験（[[ジェット推進研究所]]）]]
{{main|電気推進}}

電磁気による推進方法:
* [[イオンエンジン]] (加速されたイオンに[[電子]]を照射してイオンを中和する)
**[[電極静電イオン推進機]]
**[[電界放射式電子推進|電界放射式電子推進 (FEEP)]]
**[[ホール効果推進器|ホール効果推進機]]（ホールスラスタ）
**[[コロイド推進器|コロイド推進機]]
* {{仮リンク|プラズマ推進機|en|Plasma propulsion engine}} (イオンと電子が同時に加速されるために中和器を必要としない)
**[[MPDアークジェット]]
**[[ヘリコン二重層プラズマ推進機]]
**{{仮リンク|無電極プラズマ推進機|en|Electrodeless plasma thruster}}
**[[パルス誘導推進機|パルス誘導推進機 (PIT)]]
**[[比推力可変型プラズマ推進機|比推力可変型プラズマ推進機 (VASIMR)]]
* [[マスドライバー]] (推進用)

===反動質量を持たない宇宙機のシステム===
[[Image:Solarsail msfc.jpg|right|thumb|NASAが研究する太陽帆、500m幅の帆をもつ。]]
従来の方法では反動を得るため、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]]などもある。省エネという長所があるが、[[太陽]]（恒星）から近い距離しか動力を得られず、出せる速度に限界があるうえ、機体の質量を軽くする必要もある。
* [[太陽帆]]（ソーラーセイル）
* [[マグネティックセイル|磁気帆]]（マグネティックセイル）
* [[テザー推進]]
**[[エレクトロダイナミック・テザー|エレクトロダイナミック・テザー (EDT)]]
**[[モーメンタム・テザー]]
**[[マグネティック・テザー]]
* [[宇宙塵推進]]

===打ち上げの原理===
[[Image:Lunar base concept drawing s78 23252.jpg|right|thumb|225px|[[月面基地]]のマスドライバー（NASAの想像図）]]

*[[軌道エレベータ]]
*[[:en:Orbital airship|Orbital airship]]
*[[スペースファウンテン]]
*[[スカイフック|超音速スカイフック]]
*[[マスドライバー]] ([[電磁式カタパルト]]、[[レールガン]]、[[コイルガン]])
*{{仮リンク|スペース･ガン|en|Space gun}} ([[:en:Project HARP|Project HARP]], [[:en:Ram accelerator|Ram accelerator]]、[[多薬室砲]])
*[[レーザー推進]] ([[ライトクラフト]])

=== 空気取り入れ型エンジンによる軌道投入===
{{main|ジェットエンジン}}
<ref>{{cite web
 | author=Anonymous | year=2006
 | url=http://www.reactionengines.co.uk/sabre.html
 | title=The Sabre Engine
 | publisher=Reaction Engines Ltd.
 | accessdate=2007-07-26 }}</ref>
* [[ATREX]] - 予冷却器を備えた軽量の水素を燃料とするターボジェットエンジン<ref>{{cite journal
 | author=Harada, K.; Tanatsugu, N.; Sato, T.
 | title=Development Study on ATREX Engine
 | journal=Acta Astronautica
 | year=1997 | volume=41 | issue=12 | pages=851-862
 | url=https://doi.org/10.1016/S0094-5765(97)00176-8
 | accessdate=2007-07-26 }}</ref>
* [[:en:Liquid air cycle engine|液体空気サイクルエンジン]] - 吸い込んだ空気を燃焼する前に燃料の液体水素で液化するロケットエンジン。
* [[スクラムジェットエンジン]] - 極超音速で燃焼するジェットエンジン。

===物理法則===
[[Image:Wormhole travel as envisioned by Les Bossinas for NASA.jpg|thumb|right|「ワームホール航法」の想像イラスト]]
* [[アルクビエレ・ドライブ]]
* [[ワームホール]]の利用
* [[反重力]]の利用
* [[無反動推進]]の利用
* [[:en:Heim theory]] に基づく方式 - ''Guidelines for a Space Propulsion Device Based on Heim's Quantum Theory''（{{doi|10.2514/6.2004-3700}}）で提案された。
* その他、英語版記事 [[:en:Breakthrough Propulsion Physics Program]] 内にある方法

==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。

{| border="0" cellspacing="1" cellpadding="2"
!方式名 !!相対噴射速度<br>(m/s)!![[推力]]<br>(N)!! 燃焼時間<br>([[オーダー (物理学)|オーダー]]<ref>本表のオーダーは原文([http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Spacecraft_propulsion&oldid=172638451 英語版 "Spacecraft propulsion" 04:25, 20 November 2007 (UTC)])を以下の範囲で置換しているため、誤差がある可能性があります。
{| class="wikitable"
|-
|ミリ秒(milliseconds) || [[1 E-3 s]] - [[1 E-1 s]]
|-
|秒(seconds) || [[1 E-1 s]] - [[1 E1 s]]
|-
|分(seconds) || [[1 E0 s]] - [[1 E2 s]]
|-
|30分(half hour) || [[1 E3 s]]
|-
|時間(hours) || [[1 E3 s]] - [[1 E4 s]]
|-
|日(days) || [[1 E4 s]] - [[1 E5 s]]
|-
|週(seconds) || [[1 E5 s]]
|-
|数日(several days) || [[1 E5 s]]
|-
|月(months) || [[1 E6 s]]
|-
|年(years) || [[1 E6 s]] - [[1 E7 s]]
|-
|数年(decades) || [[1 E8 s]]
|}</ref>)!! 最大速度・⊿V<br> (km/s)
|-
|- style="background-color: lightgray"
!現在使用されている推進方法 || || || ||
|-
|align="right"|[[固体ロケット]] || 1,000 - 4,000 || 10{{sup|>3}} - 10{{sup|>7}} || [[1 E0 s]] - [[1 E2 s]] || ~ 7
|-
|align="right"|[[ハイブリッドロケット]] || 1,500 - 4,200 || <0.1 - 10{{sup|>7}} || [[1 E0 s]] - [[1 E2 s]] || > 3
|-
|align="right"|[[一液式ロケット]] || 1,000 - 3,000 || 0.1 - 100 || [[1 E-3 s]] - [[1 E2 s]] || ~ 3
|-
|align="right"|[[液体ロケット|二液式ロケット]] || 1,000 - 4,700 || 0.1 - 10{{sup|>7}} || [[1 E0 s]] - [[1 E2 s]] || ~ 9
|-
|align="right"|[[液体ロケット|三液式ロケット]] || 2,500 - 4,500 || || [[1 E0 s]] - [[1 E2 s]] || ~ 9
|-
|align="right"|[[レジストジェット・ロケット|レジストジェット]] || 2,000 - 6,000 || 10{{sup|>-2}} - 10 || [[1 E0 s]] - [[1 E2 s]] ||
|-
|align="right"|[[DCアークジェット]] || 4,000 - 12,000 || 10{{sup|>-2}} - 10 || [[1 E0 s]] - [[1 E2 s]] ||
|-
|align="right"|[[ホールスラスタ]] (HET) || 8,000 - 50,000 || 10{{sup|>-3}} - 10 || [[1 E6 s]] - [[1 E7 s]] || > 100
|-
|align="right"|[[イオンエンジン]] || 15,000 - 80,000 || 10{{sup|>-3}} - 10 || [[1 E6 s]] - [[1 E7 s]] || > 100
|-
|align="right"|[[イオンエンジン|電界放射式電気推進]] (FEEP) || 100,000 - 130,000 || 10{{sup|>-6}} - 10{{sup|>-3}} || [[1 E5 s]] ||
|-
|align="right"|[[MPDアークジェット]] (MPD) || 20,000 - 100,000 || 100 || [[1 E5 s]] ||
|-
|align="right"|[[パルスプラズマスラスタ]] (PPT) || ~ 20,000 || - 0.1 || [[1 E6 s]] - [[1 E7 s]] ||
|-
|align="right"|{{仮リンク|パルス誘導推進器|en|Pulsed inductive thruster}} (PIT) || 50,000 || 20 || [[1 E6 s]]||
|-
|align="right"|[[原子力推進|原子力電気推進]]
|colspan="3" align="center"|発電機として原子力を使用した電気推進
|-
|align="right"|[[太陽帆]] || N/A || 9 per km²<br> (at 1 [[astronomical unit|AU]]) || 不定 || > 40
|- style="background-color: lightgray"
!実証可能な推進方法 || || || ||
|-
|align="right"|[[テザー推進]] || N/A || 1 - 10{{sup|>12}} || [[1 E0 s]] - [[1 E2 s]] || ~ 7
|-
|align="right"|[[マスドライバー]] ([[推進装置]]としてのもの) || 30,000 - ? || 10{{sup|>4}} - 10{{sup|>8}} || [[1 E6 s]] ||
|-
|align="right"|[[オリオン計画]] (長期[[核パルス推進]]) || 20,000 - 100,000 || 10{{sup|>9}} - 10{{sup|>12}} <!-- (not a misprint) --> || [[1 E5 s]] || ~ 30 - 60
|-
|align="right"|[[比推力可変型プラズマ推進機]] (VASIMR) || 10,000 - 300,000 || 40 - 1,200 || [[1 E6 s]] - [[1 E7 s]] || > 100
|-
|align="right"|[[原子力推進|核熱ロケット]] || 9,000 || 10{{sup|>5}} || [[1 E0 s]] - [[1 E2 s]] || > ~ 20
|-
|align="right"|{{仮リンク|太陽熱ロケット|en|Solar thermal rocket}} || 7,000 - 12,000 || 1 - 100 || [[1 E5 s]] || > ~ 20
|-
|align="right"|{{仮リンク|放射性同位体推進|en|Radioisotope rocket}} || 7,000-8,000 || || [[1 E6 s]] ||
|-
|align="right"|{{仮リンク|空気増強ロケット|en|Air-augmented rocket}} || 5,000 - 6,000 || 0.1 - 10{{sup|>7}} || [[1 E-1 s]] - [[1 E2 s]] || > 7?
|-
|align="right"|[[空気液化サイクルエンジン]] (LACE)|| 4,500 || 1000 - 10{{sup|>7}} || [[1 E-1 s]] - [[1 E2 s]] || ?
|-
|align="right"|[[SABRE (ロケットエンジン)|SABREエンジン]] || 30,000/4,500 || 0.1 - 10{{sup|>7}} || [[1 E0 s]] - [[1 E2 s]] || 9.4
|-
|align="right"|{{仮リンク|デュアルモード推進システム|en|Dual mode propulsion rocket}}|| > 2,000? || || ||
|- style="background-color: lightgray"
!研究が進められている推進方式 || || || ||
|-
|align="right"|[[マグネティックセイル]] || N/A || Indefinite || 不定 ||
|-
|align="right"|[[マグネティックセイル|ミニ磁気圏プラズマ推進]] (M2P2)|| 200,000 || ~ 1 N/kW || [[1 E6 s]] ||
|-
|align="right"|[[核パルス推進]] ([[ダイダロス計画]]のもの) || 20,000 - 1,000,000 || 10{{sup|>9}} - 10{{sup|>12}} <!-- (not a misprint) --> || [[1 E6 s]] - [[1 E7 s]] || ~ 15,000
|-
|align="right"|{{仮リンク|気化炉心ロケット|en|Gas core reactor rocket}} || 10,000 - 20,000 || 10{{sup|>3}} - 10{{sup|>6}} || ||
|-
|align="right"|{{仮リンク|NSWR|en|Nuclear salt-water rocket}}|| 100,000 || 10{{sup|>3}} - 10{{sup|>7}} || [[1 E3 s]] ||
|-
|align="right"|[[レーザー推進|ビーム推進]]
|colspan="3" align="center"|外部からの荷電粒子等のビームを用いる
|-
|align="right"|{{仮リンク|核分裂帆|en|Fission sail}}
|colspan="3" align="center"|核分裂断片ロケットを利用した推進帆
|-
|align="right"|{{仮リンク|核分裂断片ロケット|en|Fission-fragment rocket}} || 1,000,000 || || ||
|-
|align="right"|{{仮リンク|核光子ロケット|en|Nuclear photonic rocket}} || 300,000,000 || 10{{sup|>-5}} - 1 || [[1 E6 s]] - [[1 E8 s]] ||
|-
|-
|align="right"|[[核融合ロケット]] || 100,000 - 1,000,000
|| || ||
|-
|align="right"|[[軌道エレベータ]] || N/A || N/A || 不定 || > 12
|-
|align="right"|[[反物質核パルスロケット]] || 200,000 - 4,000,000 || || [[1 E4 s]] - [[1 E5 s]] ||
|-
|align="right"|{{仮リンク|反物質ロケット|en|Antimatter rocket}} || 10,000,000 - 100,000,000 || || ||
|-
|align="right"|[[恒星船#バザード・ラムジェット|バサードラムジェット]] || 2,240,623 - 20,000,000 || || 不定 || ~ 30,000
<!--This next one is obscure. It's a toroid that spins inside out at about the speed of light and causes GR frame dragging effects that can accelerate things without any apparent g-force. The toroid stays put and stuff goes whizzing out from the middle at up to a significant fraction of the speed of light. Cute physics, but *really* hard to build.--->
|-
|align="right"|{{仮リンク|重力電磁気トロイダルランチャー|en|Gravitoelectromagnetism#Higher-order effects}}|| || || || <300,000
|}

==脚注==
{{Reflist}}

==関連項目==
* [[人工惑星|惑星間航行]]
* [[恒星間航行]]
* [[マグネティックセイル]]
* [[軌道マヌーバ]]
* [[軌道力学]]
* [[ロケット]]
* [[ロケットエンジンノズル]]
* [[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]]

==外部リンク==
* [https://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/bgp.html NASA Beginner's Guide to Propulsion]
* [http://www.grc.nasa.gov/WWW/bpp/ NASA Breakthrough Propulsion Physics project]
* [http://www.braeunig.us/space/propuls.htm Rocket Propulsion]
* [http://www.transtatorindustries.org/JOATP.html Journal of Advanced Theoretical Propulsion]
* [http://www.projectrho.com/rocket/rocket3c2.html Different Rockets]
* [http://www.islandone.org/LEOBiblio/ Earth-to-Orbit Transportation Bibliography]
* [http://www.vectorsite.net/tarokt.html Spaceflight Propulsion] - a detailed survey by Greg Goebel, in the public domain
* [http://www.howstuffworks.com/rocket1.htm Rocket motors on howstuffworks.com]
* [http://www.cpia.jhu.edu/ Johns Hopkins University, Chemical Propulsion Information Analysis Center]

{{宇宙機の推進方法}}
{{ロケット以外の打ち上げ方式}}
{{宇宙飛行}}

{{DEFAULTSORT:うちゆうきのすいしんほうほう}}
[[カテゴリ:宇宙機]]
[[Category:宇宙機の推進方法|*]]
[[カテゴリ:エンジン]]
[[Category:ロケットエンジン]]
[[Category:宇宙機の構成要素|すいしんほうほう]]