ロケット

III

液体ロケット

1920～30年に液体ロケットの開発がはじまり、26年にマサチューセッツ州オーバンでゴダード型ロケットの初の発射実験が成功した。その後、31年にドイツ、32年にソビエト連邦(現、ロシア連邦)がそれぞれ液体ロケットをうちあげた。ドイツでは物理学者のウェルナー・フォン・ブラウンのもとで開発がすすめられ、42年10月3日にはじめて弾道ミサイルV-2号がうちあげられ、この種のロケットの実用化の道を開いた。

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V-2号と強制労働

初の弾道ミサイルとなったV-2号は、第2次世界大戦末期、制空権をうばわれたナチスドイツの重要な攻撃手段となった(→ ナチズム)。その生産はフォルクスワーゲンがうけおっており、おもにチューリンゲン州ノルトハウゼン近郊のドーラ(ミッテルバウ=ドーラ)の強制収容所の収容者の手によっておこなわれた。ユダヤ人やロム、政治犯やポーランド人らからなる収容者の待遇は、機密保持の目的もあって、他の強制収容所とくらべてもさらに過酷なものであった。1日12時間もの労働時間、粗末な食事、たび重なる親衛隊(SS)やカポ(囚人頭)による暴力など、劣悪な条件のもとで生産されたロケットは、1万発以上にのぼる。しかし、囚人らによる勇気ある労働忌避行為などの効果もあって、実際にイギリス本土へ到達したのは半数ほどであった。

フォン・ブラウンらナチスに協力した技術者たちは、これらの責任を一切問われることなく、戦後はアメリカやソビエトにわたり、核ミサイルや宇宙ロケットの開発に手をかすことになった。

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液体ロケットの構成

第1世代型は弾頭または科学器材をおさめた円錐型(えんすいがた)の頭部をもち、そこにジャイロスコープまたはジャイロコンパス(→ コンパス)、加速度計、コンピューターなどの誘導装置、燃料タンク、酸化剤タンクが積載される。比較的小さいロケットは、希ガス(不活性ガス)で推進剤のタンクを加圧して燃料と酸化剤を燃焼室に注入する。これに対し大型のロケットは、ポンプの力で燃料と酸化剤を燃焼室におくりこむ。V-2号でも毎分127kgの推進剤を燃焼したように、大型ロケットに大量の燃料と酸化剤をおくるためにはガス・タービンで駆動する大吐出量の遠心ポンプが必要である。

有人宇宙船と第2世代型ロケットの発達によりマーキュリー、ジェミニ、アポロが登場した(→ 宇宙探査)。人類を月におくりこむことを目的にフォン・ブラウンらにより開発されたサターンVは史上最大のロケットで、3段式で全長は111mもあった。その後に登場した液体ロケットの決定版であるスペースシャトルは、各種の搭載機器を単一の機構に統合している。また、1994年(平成6年)には日本の宇宙開発事業団(現、宇宙航空研究開発機構：JAXA)が、液体水素と液体酸素のエンジンをつかったH-II型ロケットを開発し、その打ち上げに成功した。

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液体推進剤

初期の液体ロケット開発者は、ガソリン、エタノール(エチルアルコール)、軽油など各種の液体推進剤をためした。V-2号、バイキング、レッドストーンなどがもちいた液体酸素で燃焼させるエチルアルコールは沸点が低く、蒸発による損失が大きかった。

その後、液体酸素の代替燃料の研究がはじまり、やがて点火しなくても酸化剤をくわえれば燃焼する自燃性燃料が開発された。酸化剤には通常、硝酸、燃料にアニリンまたはヒドラジンをもちいるが、とくにヒドラジンは自燃性にすぐれている。液体水素は燃料効率がきわめてよいが、危険で取り扱いがむずかしい。アメリカの科学者はこの難題を克服して、ケンタウルス、サターンV各打ち上げロケット、スペースシャトルなどに液体水素を使用できるようにした。

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ハイブリッド推進剤

ハイブリッド推進剤は、プラスチックなどの固体推進剤と、液体酸素や硝酸などの液体酸化剤をもちいる。加圧容器の液体酸化剤を固体推進剤の上におくと、固体推進剤は内側から外側に燃焼する。ハイブリッド推進剤はあつかいやすい固体推進剤と、燃え具合の調節が容易で、しかも液の流れをとめて燃焼の中断もできる液体酸化剤の各利点を生かそうとしたもので、今後この推進剤は操舵(そうだ)と速度の修正に利用されるだろう。

多段ロケットでは固体、液体の各ロケットを併用する場合がある。たとえばアメリカ空軍のタイタンIIICでは1段目を使い捨て型固体ロケットに、2段以降を液体ロケットにしている。