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第一段ロケットの回収って、オートジャイロが使えないかな？
飛行中年
(2024/5/17 17:33:27)
第一段ロケットの回収って、オートジャイロが使えないかな？
(2019/4/5 19:57:58)
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飛行中年
(2024/5/17 17:33:27)
第一段ロケットの回収って、オートジャイロが使えないかな？
(2019/4/5 19:57:58)
先日、アメリカのロケット会社のスペースX社が、第一段ロケットを、自らのロケットエンジンを用いて再び地球に降り立ち、その回収に成功
しました！
コレ、なんでこんなことをしているのかというと、できるだけ、その打ち上げコストを安くすることを目指している！
からなんです…。
かつてあったスペースシャトルも、これと同じように、できるだけコストを抑えるために開発されました。が…。
実際に運用を始めてみたところ…。
再利用を考えると、品質管理を厳重にしなければいけないため、かえってコストがかかってしまうという皮肉な結果に
なってしまったのです。
そのためスペースシャトルは退役…。
やはり、使い捨てロケットの方が安いね！。ということになったのですが…。
やっぱりできるだけコストを安くしたい！
ということで、打ち上げた後、地球に落ちてくる第一段ロケットだけでも再利用したい！ということ
で、スペースX社が実施したのです。
しかし…。
しかし…。
この方法にも大きな問題があります。
それは…。
第一段ロケットを無事に地球に返すには、大量の燃料を残すことが必要なんです。
この燃料の量は、船で回収するという最小に抑えられたものでも、なんと１５パーセント
打ち上げ場まで帰還させた場合は、３０パーセント以上 も燃料を残さなければなりません。
ちなみに、日本のH２ロケットの総重量は約２６０トン。
この重さをもってして、ようやく低軌道に１０トンの衛星を軌道投入できます。
つまり…。
燃料の１５パーセントも残さなければいけないのであれば、それだけペイロード…。つまり、人工衛星も小さくしなけれ
ばいけないのです！
これでは、たとえ第一段ロケットが回収できても、わりに合わなくなってしまいかねません！
つまり…。
もっと重量を食わない方法で、第一段ロケットを回収することが求められているのです。
重量を食わない回収方法…。
皆さんは、真っ先に「パラシュートを使ったら？」と思うかもしれません。
でも…。
パラシュートは風に流されるので、決まった場所に降ろすことができず、その回収が困難なんです。
だったらパラグライダーみたいなもので回収したら？パラグライダーなら軽そうだし、だいたい思い通りのところへ飛んでいけるのでは？
という意見もありそうなのですが…。
着陸の時、どうしても「衝撃」が加わってしまいます。
ロケットは大変デリケートなもの…。
とても衝撃が加わったロケットなど、再利用は考え難いのです！
「だったら、着陸の時だけロケットエンジンを使って下りれば？そうすれば、衝撃は加わらない…。」
でも、この考えも大きな問題があります。
それは…。
ロケットエンジンというものは、再点火が困難なんです。
一般的に、ロケットエンジンを始動するときは大きな電力を必要とします。
通常は、ロケットエンジンの始動時には、外部から電力を供給して、点火しています。
一度始動すれば、あとは外部からの電力は必要ないのですが…。
つまり、一度止めたロケットエンジンは、再点火するのは困難なんです。
例外的に、日本のH2ロケットのLE7エンジンは この再点火機能が持たされていますが、その分、ロケットエンジンが複雑になりコストがかかってし
まっています。
…。ということで、やはり、第一段ロケットを回収するには、打ち上げられるペイロードを少なくしてでも燃料を残さざるを得ないのでは？
そうなりそうなのですが…。
私にちょっとアイデアがあるのです。
そのアイデアとは…。
オートジャイロが使えるかもしれない…。
というものです。
図で書くとこんな感じ…。
第一段ロケットが降下し始めたら、収納していたローターを広げます。
そして、風車と同じ原理で回転させるのです。
回転するローターは揚力を発生させ、第一段ロケットをゆっくり降下させます。
回転するローターは、そのピッチ角の制御だけで、自由に降下する方向や速度を調整することができます。
着陸直前では、十分にローターの回転速度を上げておけば、衝撃も加わらずフワリと着陸することも可能なのです。
具体的には、上図のように第二段ロケットが分離した後、オートジャイロで滑空し、打ち上げ場へと戻ってきます。
都合の良いことに、第一段ロケットの下には重いエンジンがあるため、安定して降下することが容易と思われます。
ただ、頭の回転が速い方はもうお分かりと思いますが…。
このオートジャイロのシステム一式が重くなってしまっては話になりません。
はたして、どのくらいの重量で作ることができるのか…。
まだまじめに見積もってみたことはないのですが、少なくとも１５パーセントも燃料を残すよりはマシになる可能性があるのでは？
そんなことを考えています…。
オートジャイロならば、当然動力が必要ありません。
また、回転し始めれば、その力を利用して発電をすることもできます。
回転部分のローターも、実はフラッター（高速回転時に振動してしまう現象）が起こらないように、「ねじれ剛性」は必要ですが、遠心力が発生するお
かげでそれ以外の強度があまり必要なく、全体を軽く作ることは十分できると思います。
私はロケットの方はあまり詳しく知らない素人なのですが、こんなアイデア使えないですかね？
しました！
コレ、なんでこんなことをしているのかというと、できるだけ、その打ち上げコストを安くすることを目指している！
からなんです…。
かつてあったスペースシャトルも、これと同じように、できるだけコストを抑えるために開発されました。が…。
実際に運用を始めてみたところ…。
再利用を考えると、品質管理を厳重にしなければいけないため、かえってコストがかかってしまうという皮肉な結果に
なってしまったのです。
そのためスペースシャトルは退役…。
やはり、使い捨てロケットの方が安いね！。ということになったのですが…。
やっぱりできるだけコストを安くしたい！
ということで、打ち上げた後、地球に落ちてくる第一段ロケットだけでも再利用したい！ということ
で、スペースX社が実施したのです。
しかし…。
しかし…。
この方法にも大きな問題があります。
それは…。
第一段ロケットを無事に地球に返すには、大量の燃料を残すことが必要なんです。
この燃料の量は、船で回収するという最小に抑えられたものでも、なんと１５パーセント
打ち上げ場まで帰還させた場合は、３０パーセント以上 も燃料を残さなければなりません。
ちなみに、日本のH２ロケットの総重量は約２６０トン。
この重さをもってして、ようやく低軌道に１０トンの衛星を軌道投入できます。
つまり…。
燃料の１５パーセントも残さなければいけないのであれば、それだけペイロード…。つまり、人工衛星も小さくしなけれ
ばいけないのです！
これでは、たとえ第一段ロケットが回収できても、わりに合わなくなってしまいかねません！
つまり…。
もっと重量を食わない方法で、第一段ロケットを回収することが求められているのです。
重量を食わない回収方法…。
皆さんは、真っ先に「パラシュートを使ったら？」と思うかもしれません。
でも…。
パラシュートは風に流されるので、決まった場所に降ろすことができず、その回収が困難なんです。
だったらパラグライダーみたいなもので回収したら？パラグライダーなら軽そうだし、だいたい思い通りのところへ飛んでいけるのでは？
という意見もありそうなのですが…。
着陸の時、どうしても「衝撃」が加わってしまいます。
ロケットは大変デリケートなもの…。
とても衝撃が加わったロケットなど、再利用は考え難いのです！
「だったら、着陸の時だけロケットエンジンを使って下りれば？そうすれば、衝撃は加わらない…。」
でも、この考えも大きな問題があります。
それは…。
ロケットエンジンというものは、再点火が困難なんです。
一般的に、ロケットエンジンを始動するときは大きな電力を必要とします。
通常は、ロケットエンジンの始動時には、外部から電力を供給して、点火しています。
一度始動すれば、あとは外部からの電力は必要ないのですが…。
つまり、一度止めたロケットエンジンは、再点火するのは困難なんです。
例外的に、日本のH2ロケットのLE7エンジンは この再点火機能が持たされていますが、その分、ロケットエンジンが複雑になりコストがかかってし
まっています。
…。ということで、やはり、第一段ロケットを回収するには、打ち上げられるペイロードを少なくしてでも燃料を残さざるを得ないのでは？
そうなりそうなのですが…。
私にちょっとアイデアがあるのです。
そのアイデアとは…。
オートジャイロが使えるかもしれない…。
というものです。
図で書くとこんな感じ…。
第一段ロケットが降下し始めたら、収納していたローターを広げます。
そして、風車と同じ原理で回転させるのです。
回転するローターは揚力を発生させ、第一段ロケットをゆっくり降下させます。
回転するローターは、そのピッチ角の制御だけで、自由に降下する方向や速度を調整することができます。
着陸直前では、十分にローターの回転速度を上げておけば、衝撃も加わらずフワリと着陸することも可能なのです。
具体的には、上図のように第二段ロケットが分離した後、オートジャイロで滑空し、打ち上げ場へと戻ってきます。
都合の良いことに、第一段ロケットの下には重いエンジンがあるため、安定して降下することが容易と思われます。
ただ、頭の回転が速い方はもうお分かりと思いますが…。
このオートジャイロのシステム一式が重くなってしまっては話になりません。
はたして、どのくらいの重量で作ることができるのか…。
まだまじめに見積もってみたことはないのですが、少なくとも１５パーセントも燃料を残すよりはマシになる可能性があるのでは？
そんなことを考えています…。
オートジャイロならば、当然動力が必要ありません。
また、回転し始めれば、その力を利用して発電をすることもできます。
回転部分のローターも、実はフラッター（高速回転時に振動してしまう現象）が起こらないように、「ねじれ剛性」は必要ですが、遠心力が発生するお
かげでそれ以外の強度があまり必要なく、全体を軽く作ることは十分できると思います。
私はロケットの方はあまり詳しく知らない素人なのですが、こんなアイデア使えないですかね？
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