宇宙船のスピード

物理学のカテゴリーの方で質問すべきかもしれませんが、よろしくお願いします。アポロ計画で使われた宇宙船は月に行くのに3日ぐらいかかったらしいですが、今の技術で作ってもそんなスピードの乗り物しかできないんでしょうか？宇宙は真空なのでどんどん加速してゆけば、光速に近いようなスピードがでないんでしょうか？もっとも減速するにもエネルギーがいるわけですから、実用上はそのことも考えないといけないわけですが、ヴォエジャーのように帰ってこなくてもいいものならどうなるんでしょうか？？？

No.4 ベストアンサー 回答者： ElectricGamo 回答日時： 2003/08/13 02:52

宇宙船のスピードは、宇宙船の初期/最終質量比とロケットエンジンが吐き出すガスの排気速度で決まります。

Miを宇宙船の初期質量、Mfを燃料を使い切った最終の質量とすると、ロケットエンジン作動による宇宙船の速度の増化分は

　　　ΔV=c log(Mi/Mf)

となります。cは宇宙船のロケットエンジンの排気速度です。

今の技術では、性能が高い液体酸素・水素を用いた場合でも c は 4500m/s ぐらいで、Mi/Mfは10～20程度です。数値を入れてみると、ΔV= 10～14 km/s なので、宇宙船は、エンジン作動前の速度に、この10～14 km/sをプラスする程度しか加速出来ません。というわけで、残念ながら光速に近いスピードは出ません。

宇宙船が加減速する際には、推進剤を燃やして出来たガスを噴射し、その反作用を用いますので、加減速の際には燃料を無駄にしないように効率的にロケットエンジンを作動させなくてはなりません。燃料が切れたら戻って来れませんから。したがって、月に行く場合には、打ち上げロケットの性能と宇宙船の推進剤量等を考えることで、月への移行軌道を設計し、3日という数字が最適になったのでしょう。それよりも早ければ推進剤を余分に消費したでしょう。

Voyagerのように戻らない場合には、加速だけを考えれば、上述の試算から宇宙船のスピードは秒速数十km/sぐらいにはなるでしょうが、そこまで加速したとしても、残りの燃料がないわけで、有用なことは出来ません。

というわけで、宇宙船単独でスピードを上げるには限度があるのですが、惑星の公転エネルギーを用いて宇宙船を加速するスイングバイなどの手法を用いることで実用上は加速が可能です。

No.5 回答者： noname#25358 回答日時： 2003/08/13 09:24

　書いてないようなので補足をば。

　真空で燃料を燃やすためには空気を一緒に持っていかなければいけませんが、その持っていく空気を圧縮する技術が、アポロ計画の時点からそう大して発達していないのです。（それ以外の部分は存分に発達してるんですけど(笑)）
　シャトルのタンクをさらに大きくする、なんて訳にはいきませんからね。重くて飛べなくなるので。

No.3 回答者： otsuge 回答日時： 2003/08/13 01:21

月にゆく話に限定しますが、闇雲に加速してしまうと、次に月の周回軌道に乗せるときの減速用燃料が沢山必要になるのです。

だって、月周回軌道ということは、月の衛星になるわけで、月の逃脱速度が地球よりかなり小さいことは想像できるでしょう？
たしか、アポロ計画では月に着いたときの減速は、機械船（SM）の後に付いてる、液酸液水ロケットを使ったはずです。

No.2 回答者： madman 回答日時： 2003/08/13 00:33

加速し続けるには、それなりのエネルギーが必要だし、減速のためにも同量のエネルギーが必要です。

また、どの程度の加速度で加速していくのかにもよりますが、月までは近すぎてそんなに速度は出ないのではないでしょうか。

No.1 回答者： PearComputing 回答日時： 2003/08/13 00:22

前略　hwy101　さんへ

　基本的に、現在の技術でも、約３日かかるものだと思っても良いと思います。理由としては、真空中といえども物質は一杯あります。その各物質に、その進む速さでぶつかっていかなくてはなりません。平たく言うと、障害物競走みたいな感じです。先に、スペースシャトルの事故がありましたが、あれも結局、自分で進むスピード＋その物体の質量とスピードの結果です。安全を考えると、今でも同じ速度だと思います。実際に飛ばしたことが無いのでなんともいえませんが。知っている事はこのぐらいです。ごめんなさい。　
草々