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人工衛星を打ち上げるためのロケットは、1段目、2段目、…と分かれている。なぜだろうか? 

燃焼後、不要となった機体を一つ一つ切り離して身軽になっていくことで、速度を上げていくため。

 ロケットは、積み込んだ燃料と酸化剤(あわせて「推進剤」という)を燃やして、高温、高圧ガスを排出しながら飛んでいく。このとき、ロケットの全体質量と使った推進剤の質量、排気した高温・高圧ガスの速度とロケットの速度とのあいだには、運動量保存則が成り立っている。つまり、ロケット全体の初期質量と燃焼終了時の質量の比、および排気ガスの速度が決まれば、ロケットの増速量が決まってしまうのだ。

 ロケットの初期質量の80~90%は推進剤であるが、現在の材料や構造体の技術とロケットエンジンの性能では、1段だけで人工衛星が軌道を周回できるような高速度を達成することはできない。そのため、大きなロケットの上に小型のロケットを段状に取り付ける方式にして、推進剤を使い切った下段部分を切り離した後、引き続いて上段のロケットを作動させると、下段ロケットの増速量に上段ロケットの増速量が加わり、人工衛星の軌道速度を容易に得ることができる。

 でも、ロケットを1回の打ち上げだけで捨ててしまう方式では、ロケット代が高くなってしまう。そこで最近は、繰り返し使用が可能な1段式ロケットも研究・試作されている。

ロケットの打ち上げ

※特に断りのない限り、画像クレジットは©JAXA