ロケットエンジンとは？

ロケットエンジンはジェットエンジンの一種です。つまり、運動の保存のために、希望する進行方向とは反対の方向に高速のガス流を放出することで推力を発生させる反動エンジンです。 ロケットの際立った特徴は、その推進ジェットがエンジン自体の推進剤の塊から完全に生成され、外部環境から取り出されないことです。 これは、燃料を大気からの圧縮空気と混合して燃料を燃焼させ、ジェットを生成するターボジェット、ターボファン、ラムジェットなどの他の形式のジェットエンジンとは異なります。 ロケットは大気圏外で動作できるため、ロケットエンジン技術は宇宙飛行に不可欠です。 ロケットは、花火、武器、高速航空機などの目的にも使用されます。

ロケットエンジンにはいくつかの形式があります。 最も一般的に使用されるタイプは、化学ロケットと呼ばれます。 化学ロケットは、推進剤の化学反応によって前方に推進され、熱を生成し、ロケットの背面から排出される高速排気の流れを生成します。 各化学ロケットには、燃料として可燃性の推進剤が含まれています。 これは、イニシエーターまたはイグナイターと呼ばれるさらに可燃性の物質と組み合わされます。 イニシエーターは、通常は電気火花または火工品のチャージによって点火され、次に熱が噴射剤に点火し、それが燃焼して推進排気ジェットを生成します。

噴射剤化学物質は、固体、液体、または液体または気体と組み合わせた固体であり得る。 固体燃料ロケットでは、グレインと呼ばれる固体推進剤は、開始剤として機能する酸化性化学物質と一緒に保管されますが、液体燃料ロケットは、液体推進剤と開始剤を別々のタンクに放出するまで保管します混合する燃焼室。 ハイブリッド燃料ロケットは固体推進剤を使用し、使用する準備ができるまで別のタンクに保管されている液体または気体の開始剤と混合されます。

今日使用されている最も一般的な固体燃料は過塩素酸アンモニウム複合推進薬（APCP）と呼ばれ、推進薬と開始剤の両方を組み込んだ多くの異なる化学混合物を指します。 APCPには通常、酸化剤の過塩素酸アンモニウム（NH ₄ ClO ₄ ）、エラストマーと呼ばれる弾性ポリマー、および粉末アルミニウムまたは他の金属が含まれます。 液体ロケット燃料は、精製ケロシンまたは液体水素と混合した液体酸素、またはヒドラジン（N ₂ H ₄ ）またはその誘導体の1つと混合した四酸化二窒素（N ₂ O ₄ ）で構成されることがよくあります。

固体燃料ロケットはロケットエンジンの最初の形態でしたが、より効率的な液体燃料とハイブリッドの設計に大きく取って代わられました。 しかし、花火やモデルロケットなどの目的でまだ一般的に使用されていますが、宇宙飛行で小さなペイロードを軌道に打ち上げたり、ペイロード容量を増やすための液体燃料ロケットの補足として使用されることもあります。 たとえば、スペースシャトルは、軌道に到達するために2つの小さな固体燃料ロケットが側面にある単一の大きな液体燃料ロケットを使用します。

サーマルロケットは、推進剤自体の化学反応ではなく、外部の熱源から加熱される推進剤を使用します。 蒸気ロケットとも呼ばれる温水ロケットは、水を噴射して蒸気を生成することにより、水を推進剤として使用します。 これらは、ドラッグレーサーなどの非常に高速の陸上車両で頻繁に使用されます。 電熱ロケットは電場を使用して加熱プラズマを生成し、それが噴射剤を加熱してジェットを生成します。 電熱ロケットは、短い推力のバーストを生成するのに役立ち、衛星の高度制御などの目的で一般的に使用されます。

他のいくつかのタイプの熱ロケットが提案されており、最終的には使用される可能性があります。 太陽熱ロケットは、推進剤を太陽からの放射に直接さらすか、または推進剤を加熱する熱交換器に電力を供給するために太陽エネルギーを使用することにより、太陽エネルギーを熱源として使用します。 太陽エネルギーは、十分な集中熱を提供するために、ミラーまたはレンズを通して集められ、集中されます。 熱ロケットエンジンは、レーザーまたはマイクロ波ビームを介して外部ソースから送信されたエネルギーによって駆動することもできます。 原子力熱ロケットは、原子炉からのエネルギーまたは放射性同位体の崩壊からのエネルギーで推進剤を加熱することができます。