宇宙空間での推進力は、何によるものでしょうか？

このカテゴリで良いのでしょうか？

子供とロケット花火をしていて思ったのですが、
宇宙空間がどのようなものであるかが分かりませんが、
何の抵抗となるものがない空間では、
地球の周回軌道ではない、火星探査機のような
目的地へ巡航するタイプは
どのような方法で進路変更するのでしょうか？
大気圏内での勢いだけで
、後は慣性の法則で、目的地まで突き進むだけでしょうか

どうか宜しくお願いします。

No.1 回答者： mpascal 回答日時： 2014/08/21 12:42

何らかの（ロケット）エンジン（モーター）を積んでいます。

（「はやぶさ」ではイオンエンジンでしたね。）

姿勢制御用モーターで衛生の姿勢を変え、メインエンジンを噴射させ加速・減速・進路変更を行います。

はやぶさ物語を見られれば理解しやすいと思います。

http://spaceinfo.jaxa.jp/hayabusa/movie/

この回答へのお礼

早々のご回答有難うございます。
お盆明けの仕事の関係で、お礼が遅くなりました。
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お礼日時：2014/08/23 23:35

No.2 回答者： chie65535 回答日時： 2014/08/21 12:48

＞どのような方法で進路変更するのでしょうか？

宇宙船や人工衛星は「何かを噴射する」事によって、姿勢や進路を変えたり、加速したり減速します。

「ロケット」も、その１つです。

ロケットの燃焼室で燃料を燃やして、噴射口から噴き出させると、反作用を受けて、噴き出した方向とは逆の方向に力が加わります。

小惑星探査機ハヤフサでは「イオンエンジン」が使われ「イオン化したキセノン」を噴射する事により、姿勢制御したり推進したりしました。

No.3 回答者： TXV12003 回答日時： 2014/08/21 12:55

基本的には、加速と減速です。

例えば地球から火星に向かう場合ですが、火星は地球より外側を回っていますよね？

加速すると、太陽を回る公転軌道が大きくなり火星の軌道に近くなります。

火星から帰ってくる場合は減速します。


大きなどんぶりとビー玉を用意して実験してみるといいです。
丼の真ん中に梅干(これが太陽)を置いておきます。

ビー玉を丼に向かって横から投げ込むと、丼の内側をぐるぐる回ると思います。(丼は小さいので中華鍋のほうがやりやすいかもしれません)

投げ込む速度が早いほど丼の外側に近いほうを回りますよね？

やがてスピードが落ちてくると、ビー玉の回転半径が小さくなって、最終的に梅干しにぶつかってしまいます。

これはビー玉に転がり抵抗があるからです。

しかし宇宙の場合はほとんど抵抗がありませんので、公転軌道の半径を小さくするには減速(逆噴射)が必要になるのです。

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No.4 回答者： tknakamuri 回答日時： 2014/08/21 12:58

何かを投げるのです。

宇宙船ではガスの噴出が一番一般的です。

ニュートン力学に作用/反作用の法則というものがあります。

　物体に力を加えると、それと同じ大きさで反対方向の力を物体から必ず受け取る

というもので、野球のボールを投げると、あなたは野球のボールから、
ボールに加えた力と反対方向の力を受け取ります。

ガスを噴出すれば、その逆方向に力を受け取れますので、ガスの噴出方向を
変えれば、増速、減速、進路変更など、なんでもできます。

この回答へのお礼

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お礼日時：2014/08/23 23:33

No.5 回答者： redgarbera 回答日時： 2014/08/21 13:19

No.２やNo.４の回答者の方々が書いている通りですが、ひとつたとえを書き添えておきます。

消火器を実際に使ったことがあれば実感できると思いますが(なければ想像して下さいね)、消火器から消火剤が噴き出すと、腕に反動が来ますよね。体が押されるような感じかするでしょう。あれです。もしあなたが宇宙空間に浮かんでいるときに消火器を使ったら(宇宙で火事を消すことはないでしょうが)、消火剤と反対の方向にあなたの体が押されて動くのです。

ロケットなどの場合はもちろん消火剤ではなく、爆発によってできた気体を噴き出させて、その反動でスピードを変えたり向きを変えたりしているのです。

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お礼日時：2014/08/23 23:32

No.6 回答者： tiltilmitil 回答日時： 2014/08/21 13:39

　反動推進の他に使われたことがあるのはソーラーセイル。

巨大な帆を張ることで太陽風を受け航行する。理論的には可能といわれていたが、非常に小さい力なので広い面積でありながら軽い帆を作るのが難しく、現状では実験機が一機成功したのみ。
http://www.jspec.jaxa.jp/activity/ikaros.html

　惑星間航行レベルでの軌道制御ではスイングバイという手法も使われる。惑星や衛星などの重力にわざとひかれることで進路を変える。
http://spaceinfo.jaxa.jp/ja/swingby_navigation.h …

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No.7 回答者： ddtddtddt 回答日時： 2014/08/21 19:56

＞どのような方法で進路変更するのでしょうか？

大気圏内での勢いだけで、後は慣性の法則で、目的地まで突き進むだけでしょうか

　火星探査機のような長距離タイプとなると、大気圏内での勢いに任せた慣性航法では、ちょっと精度不足です。航行中にけっこう細かく進路を変えます。何千万km先では、現在の進路の誤差が致命的な外れになりますので。

　基本的にロケットは、船体の長手軸方向と直角に、進路／姿勢制御用の補助ロケットを持っいて、バーニヤとか言われます。ハヤブサなんかどっちが長手方向がわからんくらい寸胴ですが(^^；)。

　わかりやすいイメージは、ヤマト2199のヤマトのバーニヤ推進でしょう。ときどき省略されてましたが、大事な場面でヤマトが回頭したりする時は、ちゃんとバーニヤ噴射してました（回頭を止めるためにも）。


　ちょっと違う状況ですが、ミサイルなんかも同じなんです。ICBMともなると事情は違いますが、地対地ミサイルなんかでけっこう長射程のものがありますよね？。機体軸に平行にロケットを噴かすだけで、なんであんなにも長距離でミサイルは落っこちないんだって、思った事はありませんか？。だってミサイルの翼は回転防止のちっちゃなもので、とてもそれで揚力を稼いでいるとは思えない・・・。

　じつはミサイルはそのために、ちょっとだけ下向きにエンジンを噴かして、重力に対抗してるんです。ヘリコプターも同じです。ヘリコプターはちょっとだけメインローターを前に傾けて、今度は水平推力を稼いでます。

　ちなみに巡航ミサイルは、おおむね翼で飛行してると思って良いと思います。力学的に妥当な位置に、それなりの翼が付いてて、速度が速いですからです。ただしそのぶん使い捨ての地対地ミサイルよりはちょっと遅い訳です。

　まぁ～巡航ミサイルも使い捨てなんですけど(^^；)、地対地ミサイルより遥かに正確な飛行制御を目的としますので、ミサイルよりは航空機に近い、という事になると思います。

この回答へのお礼

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お礼日時：2014/08/24 00:05

No.8 回答者： chiha2525 回答日時： 2014/08/22 09:01

他の回答のとおり、作用反作用の法則を用いています。

何かを放出したら、その反対側に反力を得るってやつですね。放出するものが重ければ重いほど速ければ速いほど、反力（推進力）も大きくなりますが、重いものは持っていくのも大変なので、いかに速く放出するかってことで、ただガスを噴出するより燃焼（爆発）させたほうが速いね、とかって話になって、宇宙空間でロケットが噴射して推進（加速）しているイメージになります。

反作用だと放出するものを持っていかなくてはならないので、なんとか他の方法はないかというので、太陽風を利用したものや電子を放出したりするものがあるようですが、推進力が小さいのでなかなか採用されないようです。

ただ長期航海では、少しの力でも加速しつづければ、それなりの速さになりますので、燃料が要らないというのは有力です。（まぁ止まるのにも同じ時間（距離）掛かるのですが）

ここの最近の質問にあったEmDriveは、電磁波で（今まで知られていない作用で）推進力が得られるらしく（まぁそのような事をいうペテン師は多いのですが）、NASAでも似た力を測定したということで少し話題になっているようです。
パイオニア・アノマリーでは原子力電池の放射熱の非等方性が軌道異常の最有力候補になっていますが、これなども考えられている以上に結構大きな力が得られるものなのかもしれません。

この回答へのお礼

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お礼日時：2014/08/24 00:07

No.9 回答者： uen_sap 回答日時： 2014/08/22 10:15

運動量保存の法則で理解してください。

燃焼ガスを噴射します。右方向に噴射すれば、左方向に同運動量の変化が本体に現れます。

この回答へのお礼

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お礼日時：2014/08/24 00:07

No.10 回答者： foomufoomu 回答日時： 2014/08/22 14:32

作用反作用の法則、というのは、あまり正確な表現ではありません。

No.9回答のように運動量保存の法則というのが正しいです。

作用反作用の法則は、船を岸から出すとき、岸をオールで押してスタートするようなものも含まれます。宇宙空間には、押すような岸はありませんが、ロケットは進みます。

運動量保存の法則は、質量×速度の合計は常に一定、という法則です。ロケットは後ろの方向へガス、イオン等を高速で放出します。その結果、運動量の合計が一定でないといけないので、ロケット自身はガス・イオンと反対方向である前に進みます。