ロケットエンジンの仕組み

ロケットエンジンの仕組みって?どうやって宇宙に行ってるの?

「キロボ(KIROBO)」が人類で初めて国際宇宙ステーション(ISS)に行ったニュースは記憶に新しいですよね。
ロボット宇宙飛行士として活躍したキロボが宇宙に行くためには「ロケットエンジン」の存在は欠かす事が出来ません。
ここでは、ロケットエンジンの仕組みについて簡単に解説していきます。

ロケットエンジンが推力を得ている方法

ロケットエンジンの仕組みの中でも特に多くの人が気になっているのが「推力を得る方法」ではないでしょうか?
あれだけ大きなロケットをどうやって宇宙まで運んでいるのか気になるのは当たり前ですよね。
ロケットエンジンには「推進剤」が搭載されています。
燃料と酸化剤を化学反応で燃焼させる事で高温高圧のガスを発生させています。
このガスを高速で噴射させる事でロケットは推力を得ています。

さらに詳しく解説すると、推進剤は「固体ロケット」と「液体ロケット」の2つに分けられています。
固体ロケットは、推進剤をゴムに練り込んで作られていて、液体ロケットは液体の燃料と酸化剤を分けていて、それぞれを燃焼室に送り込んでガスを発生させています。
固体ロケットは、一度点火させると推進剤がなくなるまで燃焼を続けるので、推力の調整を行う事が出来ません。一方、液体ロケットは、燃焼室に送る量を調整する事が出来るので推力を微調整する事が出来ます。

液体ロケットのエンジンの仕組み

ロケットエンジンの液体ロケットは4通りの仕組みがある

液体ロケットは「副燃焼室での燃焼ガスの発生」と「ノズル冷却に用いた燃料蒸気」の2種類のガスの発生方法があります。
さらに、処理方法も「主燃焼室に戻す」と「外に捨てる」の2種類があり、2×2の4通りのサイクルが存在します。

二段燃焼サイクル

副燃焼室でガスを発生させる事で大きな力でターボポンプを動かす事ができます。
ガスを捨てずに利用する事ができる効率の良いサイクルです。
ですが、ターボポンプでの圧力増加が大きくなるためシステム全体が高圧環境下で作動する事になります。

ガスジェネレーターサイクル

副燃焼室でガスを発生させる事で大きな力でターボポンプを動かす事ができます。
しかし、ガスを捨てる事になるので効率が少し下がります。
ターボポンプ下流で必要になる圧力が主燃焼室の圧力以上で済む事から、二段燃焼サイクルよりも開発費用を抑えられます。

フルエキスパンダーサイクル

ガスを捨てる事なく利用できる効率の良いサイクルです。
ですが、燃焼室圧力を大きくしようとするとタービンの排圧も大きくなりバランスが取れなくなってしまいます。その結果、あまり大きな推力を得る事はできません。主に上段ロケットエンジンに採用されています。

エキスパンダーブリードサイクル

ガスを捨てる事になるので効率は低めです。タービンの排圧が小さく高効率でターボポンプを駆動させる事が可能です。さらに、燃焼室圧力を高くする事で大きな推力を得る事もできます。
H-Ⅱロケットの2段目エンジンとして日本で初めて実用化されたエンジンとして有名になっています。

まとめ

いかがだったでしょうか?
なるべく難しい専門用語を使う事なく、わかりやすく大まかなロケットエンジンの仕組みを解説してみました。
ここでの解説で面白い!とさらに興味を持ったという人は、ぜひもっと詳しいロケットエンジンの仕組みを調べてみてください。ロケットエンジンには様々な夢や驚きの技術が詰め込まれているので時間を忘れて楽しむ事ができます。

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