サターンV：人類を月へ運んだNASA大型ロケットの構造・性能と歴史

サターンVの構造・性能と歴史を徹底解説。111mの巨体、段別エンジン性能、打ち上げデータとアポロによる月着陸の軌跡を詳しく紹介。

サターンVは、NASAが古代人が好んだ神の名を冠した宇宙開発計画（アポロ計画）で使用したロケットの一種である。サターンVは、1969年にアポロ11号とそれに乗っていた人々を月に運んだ。ロケットの多くは、ドイツの技術者で科学者のヴェルナー・フォン・ブラウンによって計画された。32機のサターンロケットが宇宙に送られ、サターンVは最大のものでした。15機のサターンVロケットが製造され、13機が宇宙に打ち上げられた。サターンVの打ち上げは2回あり、サターンVを使用した初の有人アポロ飛行は1968年12月21日に月周回したアポロ8号であった。

概要と目的

サターンVは、有人月面着陸を成し遂げるために設計された超大型ロケットで、当時としては最大級の打ち上げ能力を持っていました。高さは約111メートル、総質量は約2,903,020キログラム（6,400,060ポンド）に達し、大型の司令船・機械船と月着陸船を地球周回軌道へ、さらに月へ送り出すための推力と燃料を搭載していました。

設計と構成

サターンV型ロケットは、基本的に3つの段（ステージ）から構成されていました。上段から第1段まで下向きに連結され、各段が順次点火・分離して任務を遂行します。ロケット全体の設計は多数の冗長性と安全機構を備え、有人飛行に適する信頼性を確保していました。

• 全高／重量：高さ111メートル、総質量は約2,903,020 kg（記載の値は機種・燃料搭載量により変動）。
• 打ち上げ能力：初期仕様で地球低軌道に約44,600 kgを投入可能、改良により最大で約46,800 kg程度まで向上しました。
• 段構成：第1段（S‑IC）、第2段（S‑II）、第3段（S‑IVB）と、これらを制御する計器ユニット（インストゥルメント・ユニット）で構成。

各段の詳細とエンジン

各段は異なる推進薬とエンジンを採用し、離昇から軌道投入、そして月へ向けた打ち上げ（TLI：Trans‑Lunar Injection）までを分担しました。

• 第1段（S‑IC）：5基のF‑1エンジンを搭載し、灯油（RP‑1）と液体酸素（LOX）を燃焼させて離昇初期の大推力を発生しました。打ち上げ時の総推力はおおむね約3.4×10^7 N（約3400万ニュートン、約760万ポンド力）に達し、約168秒間燃焼して機体を地上から高度数十キロメートルまで運びます。
• 第2段（S‑II）：第2段には5基のJ‑2エンジンが搭載され、液体水素（LH2）と液体酸素を燃料とし、約数分間にわたり燃焼して大気圏上層へ到達させます。第1段分離後の加速と軌道投入直前までを担当します。
• 第3段（S‑IVB）：1基のJ‑2エンジンを搭載し、短時間で地球周回軌道に投入するために用いられます。さらにS‑IVBは再点火が可能で、地球周回軌道上からのTLI（月への射出）に再点火して月に向かう速度に加速しました。

飛行経路と時間・速度の目安

典型的なサターンV打ち上げでは、第1段は発射後数分（約168秒程度）で燃焼を終え、その間に機体は高度約67 km、発射台から約93 kmの範囲まで到達します。第2段の燃焼により大気圏を抜け、最終的に第3段が約2分30秒前後で地球周回軌道（典型的には高度約191 km）へ投入します。S‑IVBは軌道上で再点火してTLIを行い、月へ送り出すために秒速約11.2 km/sに相当する高速を達成します（これは月へ到達するために必要な斥力を与える値で、速度表現は状況により異なります）。

歴史的役割と主なミッション

サターンVはアポロ計画の中心的な打ち上げ機であり、有人月着陸を含む数多くの有人・無人ミッションを支えました。1967年から1973年にかけての運用期間に、アポロ8号（1968年12月21日）はサターンVを用いた初の有人月周回飛行として知られ、1969年のアポロ11号は人類初の月面着陸を果たしました。後期には有人ミッションだけでなく、宇宙ステーション実験機であるスカイラブ（Skylab）の打ち上げにもサターンVが用いられています。

生産数と現存機

総生産数は15機、うち13機が実際に打ち上げられました。打ち上げに用いられなかった機体や、打ち上げ後に回収・整備された部品の一部は現在、各地の博物館や展示施設で保存・公開されています。サターンVはその巨大さと歴史的価値から、宇宙開発史を象徴する展示物として人気があります。

技術的・文化的遺産

サターンVは大推力液体ロケットエンジンの実用化、段間分離技術、軌道上での再点火など、多くの技術的成果をもたらしました。また、有人月探査を成功させたことで、科学研究や工学の発展に大きく貢献し、後の大型打ち上げ機や有人宇宙計画に影響を与え続けています。現在の重機材打ち上げ機（例：国家間や民間の大型ロケット設計）にもサターンVで培われた設計思想や運用ノウハウが受け継がれています。

参考として、各段の推力や燃焼時間、打ち上げ能力はミッションごとに若干のバリエーションがあり、機体の改良や搭載物の差により数値が変動します。アポロ計画での実績は、当時の技術水準における到達点を示すものです。

質問と回答

Q:サターンVを使用した宇宙計画の名前は何ですか?

Q: ロケットの大部分を設計したのは誰ですか?

Q: 何機のサターンロケットが宇宙へ送られたのか?

Q: サターンVロケットの高さはどのくらいですか?

Q: 第1段のエンジンはどんな燃料を燃やしたのですか?

Q:第1段エンジンがアポロを地球から離すのにかかった時間は?

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