ロケットエンジン
ロケットエンジンは、気体をノズルから高速で押し出すことで力を発生させる装置である。ロケットエンジンは、石油や液体酸素などの化学物質を非常に高い圧力と温度で燃焼させ、化学エネルギーを運動に変換する。NASAのロケットなどでは、100万ポンド(440万ニュートン)以上の力を発生させることもある。
庭のホースは、流体が動くと力が発生することを表しています。ホースを上に向けると、静止していない限りホースは蛇行します。ロケットエンジンのガスがロケットエンジンを押すのと同じように、出ていく水はホースに力を生み出しているのです。
テスト中のRS-68。
液体、固体、ハイブリッド
ロケットエンジンには、液体燃料を燃やすものと、固体燃料を燃やすものがある。固体燃料のロケットエンジンは、「ロケットモーター」と呼ばれることもあります。
液体燃料ロケットエンジンは、燃料タンクから実際のエンジンに液体を適切に移動(加圧)させるために、複雑なポンプやバルブが必要になることが多い。これらの機械は、極端な温度と圧力の中で働かなければならない。液体酸素は-223℃と非常に冷たく、エンジンは3000℃と非常に高温で、圧力は通常の気圧の数百倍にもなることがある。そのため、液体燃料ロケットエンジンは非常に複雑で、特殊な材料(金属、セラミックスなど)を必要とすることが多い。
固体燃料ロケットモーターは、燃料(推進剤)を酸化剤と燃料の固体混合物としています。酸化剤は、酸素が燃焼を助けるのと同じように、燃料の燃焼を助けます。一般的な酸化剤は粉末の過塩素酸アンモニウムで、一般的な燃料は粉末のアルミニウム金属です。この2つの粉末は、バインダーと呼ばれる第3の成分でくっつけられている。バインダーはゴムのような固形物で、これも燃料として燃やせる。このような単純な発想から、固体ロケットエンジンは安価に製造できるのですが、液体ロケットエンジンに比べて、電源を切ったり制御したりすることができず、爆発しやすいという欠点があります。また、比推力が小さいため、同じペイロードを打ち上げるにはより重くしなければならない。
軍事用ミサイルは、何年も準備できることから固体ロケットが一般的である。人工衛星の打ち上げでは、打ち上げ当初は固体ロケットブースターが使われるが、飛行の大半は液体ロケットが使われることが多い。
ハイブリッドロケットエンジンは、この2つの考え方を組み合わせたものです。2つの推進剤は異なる状態のもので、多くの場合、液体の酸化剤と固体の燃料を使用します。あまり使われていないが、固体ロケットモーターや液体ロケットモーターよりも安全性が高いかもしれない
液体ロケットエンジン仕様 | ||||||||||||||
| RL-10 | HM7B | ヴィンチ | KVD-1 | CE-7.5 | CE-20 | YF-75 | YF-75D | RD-0146 | ES-702 | ES-1001 | LE-5 | LE-5A | LE-5B |
原産国 | 米国 | フランス | フランス | ソビエト連邦 | インド | インド | 中国 | 中国 | ロシア | 日本 | 日本 | 日本 | 日本 | 日本 |
サイクル | エキスパンダー | ガスジェネレーター | エキスパンダー | 段階的燃焼 | 段階的燃焼 | ガスジェネレーター | ガスジェネレーター | エキスパンダー | エキスパンダー | ガスジェネレーター | ガスジェネレーター | ガスジェネレーター | エキスパンダーブリードサイクル | エキスパンダーブリードサイクル |
スラスト(vac.) | 66.7 kN (15,000 lbf) | 62.7 kN | 180kN | 69.6 kN | 73kN | 200kN | 78.45 kN | 88.26 kN | 98.1 kN (22,054 lbf) | 68.6kN (7.0 tf) | 98kN (10.0 tf) | 102.9kN (10.5tf) | r121.5kN (12.4 tf) | 137.2kN (14 tf) |
混合比 | 5.2 | 6.0 | 5.2 | 6.0 | 5.5 | 5 | 5 | |||||||
ノズル比 | 40 | 100 | 80 | 80 | 40 | 40 | 140 | 130 | 110 | |||||
Isp (vac.) | 433 | 444.2 | 465 | 462 | 454 | 443 | 438 | 442 | 463 | 425 | 425 | 450 | 452 | 447 |
チャンバー内圧力:MPa | 2.35 | 3.5 | 6.1 | 5.6 | 5.8 | 6.0 | 3.68 | 7.74 | 2.45 | 3.51 | 3.65 | 3.98 | 3.58 | |
LH2 TP rpm | 125,000 | 41,000 | 46,310 | 50,000 | 51,000 | 52,000 | ||||||||
LOX TP rpm | 16,680 | 21,080 | 16,000 | 17,000 | 18,000 | |||||||||
長さ m | 1.73 | 1.8 | 2.2~4.2 | 2.14 | 2.14 | 2.8 | 2.2 | 2.68 | 2.69 | 2.79 | ||||
乾燥重量 kg | 135 | 165 | 280 | 282 | 435 | 558 | 550 | 242 | 255.8 | 259.4 | 255 | 248 | 285 |