ロケットは何故遅い速度では大気圏を抜け出せないのか？

ロケットは何故遅い速度では大気圏を抜け出せないのか？

No.8 回答者： Tacosan 回答日時： 2018/03/30 15:54

ちょっと補足しておくと, 地球の重力圏から離脱するために必要な (垂直方向の) 速度は地球から離れるにつれて小さくなるため, 「何らかの方法で一定速度を維持できる」なら, どのような速度であってもいずれ地球の重力圏を離脱することができます. ただ, 少なくとも現在の地球人のテクノロジーではペイロードに比べて燃料が多くなりすぎるというだけ.

ついでに言うと地球の周囲で円軌道を描くために必要な (水平方向の) 速度も地球から離れるにつれて小さくなります. どこでも「マッハ 23」が必要, というわけではありません... というか「マッハ」ってなんだ.

No.7 回答者： ラサム 回答日時： 2018/03/30 14:02

大気圏を抜け出せないのではなく、周回軌道に乗れないのです。

どれだけ速度が遅くても、大気圏を超える高度まで飛べる燃料があれば抜け出せます。ただしいつか落ちてきます。これを弾道飛行、準軌道飛行と言います。
それとは違い、落ちてこない＝ずっと地球の周囲の宇宙空間を周り続けられるには、水平方向にマッハ23の速度が必要です。それ以下は必ず落ちます。
この周り続けているのも、厳密には落ちています。浮いてはいません。速度によって高度が下がらないだけの遠心力が働いているため、落ちる力を消すだけの進む力があって周り続けられるのです。宇宙は空気抵抗がなくなって減速しなくなるので、加速しなくても速度が維持できます。
そして、大気圏内、つまり地上に戻る時は、逆噴射して減速することで、高度が下がり大気圏に再突入し、大気庄で減速して着陸します。

No.6 回答者： Tacosan 回答日時： 2018/03/30 13:56

#3/#5 の通りで, 「遅くても大気圏を抜けることはできるがあまりにも非効率的」というだけです.

今のロケットでさえペイロードは全体の重量のごくわずかでしかない (ロケットの重量のほとんどは燃料) のに, そこにさらに燃料を増やさなきゃならない.

No.5 回答者： masterkoto 回答日時： 2018/03/30 12:22

エンジン無しのロケットを大気圏外に送り出すにはno2、NO4の方のおっしゃるような初速が必要ですね。

ただ、ロケットエンジンは大気圏外でも推進力を得ることができるようですので、エンジンがある場合は遅い速度でも上昇し続ければやがて大気圏外に出られそうです。
でも、それには時間がかかります。時間がかかるということは燃料が余分に必要なはずです。非効率。
ということで、燃料効率の良い(早い)速度で打ち上げるのではないでしょうか。

No.4 回答者： konjii 回答日時： 2018/03/30 10:06

万有引力はF=G・ｍM/r²です。

地球の半径をRとすると、ロケット（質量ｍ、地球の質量M)の大気圏での位置エネルギーは
（ｒ＝Rから∞まで）∫Fｄｒです。それに必要な運動エネルギーは1/2mV²です。1/2mV²＝（ｒ＝Rから∞まで）∫Fｄｒの関係の速度V以上が必要です。V≧２（ｒ＝Rから∞まで）∫G・M/r²ｄｒが大気圏脱出速度Vの下限です。これ以下では抜け出せません。

No.3 回答者： AVENGER 回答日時： 2018/03/30 09:15

別にゆっくり上昇しても大気圏を抜け出すことは可能。

でもその前に燃料が尽きる。

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2018/03/30 09:12

ここでいう「ロケットの速度」とは、地球表面（海抜ゼロ）での「水平初速度」のことです。

第１宇宙速度：地球表面（海抜ゼロ）を周回起動するための速度
　それよりも小さければ重力で落下する。

第２宇宙速度：地球表面（海抜ゼロ）で重力を振り切って重力圏を脱出する速度
　第１宇宙速度 < v < 第２宇宙速度 では、「楕円軌道」になるが重力圏からは脱出できない。

第３宇宙速度：地球および太陽の重力を振り切って太陽の重力圏を脱出する速度

↓　参考
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%AE%87%E5%AE%99 …
http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/mech/bannyuu/j …

No.1 回答者： ColdTemper 回答日時： 2018/03/30 09:06

重力に負けて引き戻されるから。