比推力

特定のインパルス（しばしば _Isp と短縮されます）は、ロケットの性能を表現するための方法です。また、ジェットエンジンの性能を表すのにも使われます。これは、異なるサイズのロケットを比較するために使用することができます。これは、与えられたエンジンが燃料のビットごとにどのくらいの力を出すかを知るための方法です。そのためには、エンジンにどれだけの燃料が入っているかを知る必要があります。比推力が高ければ、ロケットの性能を発揮するために必要な燃料が少なくて済むことを意味します。比推力が低ければ、ロケットの性能を発揮するために必要な燃料が少ないことを意味します。

比推力は、ロケットエンジンやジェットエンジンを比較するのに便利な値です。これは、1ガロンあたりのマイル数や100キロあたりのリットル数が自動車の比較に使われるのと同じように使われます。比推力が高いエンジンほど、燃料の使用量が多くなります。これは、燃料が枯渇しても、同じ量の燃料であれば、ロケットはより速く走ることができるということを意味します。

ロケットエンジンの比推力が高くなったからといって、「より強力」になったわけではありません。つまり、ロケットをより強く加速させることはできません。実際、イオンエンジンのように比推力が最も高いエンジンの設計は、すべての種類のエンジンの中で「最も弱い」のです。これらのエンジンは、わずかな量の燃料を使って、長時間にわたってゆっくりと、しかし着実にロケットを加速させます。同じ燃料量のロケットと、異なる2つのエンジンを搭載したロケットの競争では、より強力なエンジンを搭載したロケットが早い段階でリードしますが、燃料を使い切った後は、より高い比推力を持つロケットが燃料を残して加速を続けます。最終的には相手を追い抜き、長期的な優位性を利用できるだけの距離があれば勝利することになります。

エスティス社のA10-PTロケットモーターで約1秒間に発生した力を示す図。インパルス、燃料量、比インパルスの情報もあります。

測定方法

比推力の数字を求めるには2つの方法があります。比推力を求めるには、インパルスを燃料の量で割って求めます。インパルスとは、ロケットのモーターがどれくらいの力をどれくらいの時間かけて出しているかを測るものです。短時間に大きな力を出すモーターよりも、長い時間小さな力を出すモーターの方がインパルスが大きくなることがあります。インパルスは、ニュートン×秒（N*s）で測定されます。

特定の衝動を見つけるために使用される燃料の量は、さまざまな方法で測定することができます。質量で測定されることもあれば、重量で測定されることもある。燃料の量が質量で測定される場合、比インパルスは速度で表される。これは通常、メートル/秒で表されます。比推力が速度として測定される場合、それには別の名前があります。有効排気速度とも呼ばれています。燃料の量を測るもう一つの方法は、重量です。重量が使用される場合、比インパルスは時間の単位であり、通常は秒単位である。この2つの方法はどちらも共通しています。どちらもエンジンの性能を比較するものです。

比推力が大きいほど、一定の性能を発揮させるために必要な燃料が少なくなります。つまり、比推力が高い方が燃料の効率が良いということになります。

推力と比推力を混同しないように注意しましょう。推力とは、ロケットがある時点で作った力に過ぎません。比推力とは、燃料の量に応じた力を表すものです。

人々が特定の衝動を見つけるとき、カウントされるのは発射される前のロケットの中にある燃料だけです。これには燃料と酸化剤(燃料の燃焼を助ける燃料の一部)が含まれます。酸化剤は酸素であることもあれば、他の何かであることも多い（ロケットエンジン#液体、固体、ハイブリッドを参照）。

例としては、以下のようなものがあります。

ロケットの押し方の違いによる特定の衝動
エンジン	有効排気速度 (m/s, kg-m/s/kg)	特定のインパルス	排気量1kgあたりのエネルギー (MJ/kg)
ターボファンジェットエンジン (実際のVは〜300)	29,000	3,000	~0.05
固体燃料ロケット	2,500	250	3
液体燃料ロケット	4,400	450	9.7
イオンスラスター	29,000	3,000	430
デュアルステージ4グリッド静電イオンスラスタ	210,000	21,400	22,500
バシムル	30,000-120,000	3,000-12,000	1,400

ジェット（飛行機）エンジンは、ロケットエンジンよりも燃料をよく使います。これは、ガスが速く逃げないからです。ガスが速く逃げないので、排気はそれほど多くのエネルギーを持ち去りません。つまり、ジェットエンジンは、ジェットを押し出すのに使うエネルギーが少ないのです。また、ジェットが空を飛ぶときにエンジンを通過する空気が、燃料の燃焼を早くするのに役立つからです。

模型ロケット

比推力は、モデルロケットモーターの性能を表現するためにも使用されます。下の表は、エスティス社が主張しているロケットモーターの比推力の値のいくつかです。エスティス・インダストリーズ社は、モデルロケットやロケット部品を販売しているアメリカの有名な大企業です。モデルロケットモーターの比インパルスは、燃料として黒い粉を使用しているため、他の多くのロケットモーターよりもはるかに低くなっています。黒い粉がモデルロケットモーターに使われているのは、その方がコストが安いからです。

エンジン	トータルインパルス(Ns)	燃料重量(N)	具体的なインパルス(s)
エスティスA10-3T	2.5	.0370	67.49
エスティスA8-3	2.5	.0306	81.76
エスティスB4-2	5.0	.0816	61.25
エスティスB6-4	5.0	.0612	81.76
エスティスC6-3	10	.1223	81.76
エスティスC11-5	10	.1078	92.76
エスティスD12-3	20	.2443	81.86
エスティスE9-6	30	.3508	85.51
いくつかのエスティス社のロケットモーターの特定のインパルス。

大型ロケットエンジン

ここでは、より大きなロケットエンジンの数字の例をご紹介します。

エンジンタイプ	使用例	特定のインパルス(s)	有効排気速度(m/s)
ＮＫ３３ロケットエンジン	真空	331	3,240
SSMEロケットエンジン	スペースシャトルバキューム	453	4,423
ラムジェット	マッハ１	800	7,877
J-58ターボジェット	SR-71 マッハ3.2 (ウェット)	1,900	18,587
ロールスロイス/スネコマオリンパス593	コンコルド・マッハ2クルーズ（ドライ	3,012	29,553
CF6-80C2B1Fターボファン	ボーイング747-400クルーズ	5,950	58,400
ゼネラルエレクトリックCF6ターボファン	海面	11,700	115,000
いくつかの大型ロケットエンジンの特定のインパルスと有効な排気速度の数。

単位

	比推力（重量	比推力 (質量)	有効排気速度	原単位燃料消費量
エスアイ	=エックス秒	=9.8066 X N-s/kg	=9.8066 X m/s	=(101,972/X) g/kN・s
英語の単位	=エックス秒	=X lbf-s/lb	=32.16 X ft/s	=(3,600/X) lb/lbf-h
ロケットモーターの各種性能測定のための英語とSI（メートル法）の単位。

今日、特定のインパルスを測定する最も一般的な方法は秒を使用しています。これは、SI（メートル法）の世界でも、英語の単位が使用されている場所でも使用されています。この方法では、単位はどこでも同じです。つまり、比インパルスは、どの国のエンジン性能を比較するのにも使用できるということです。ロケットモーターやジェットエンジンを製造しているほとんどの企業は、自社製品の性能を宣伝するために秒を使用しています。

比推力を測定するもう一つの一般的な方法はメートル/秒(m/s)で、これは有効排気速度とも呼ばれています。多くのエンジンでは、有効排気速度はノズルから実際にガスが出てくる速度とは異なります。

質問と回答

Q:比推力とは何ですか?

A: 比推力（しばしばIspと短縮される）は、ロケットやジェットエンジンの性能の高さを表す方法です。大きさの異なるロケットの比較や、燃料の量に応じたエンジンの力の大きさを測定するのに使用します。

Q: 比推力はどのように測定するのですか?

A: 比推力は、エンジンにどれだけの燃料が入っているかを知り、その燃料の量に対してどれだけの力を生み出すかを計算することで測定されます。

Q:比推力が高いとはどういうことですか?

A:比推力が高いということは、ロケットの性能を発揮するために必要な燃料が少ないということであり、比推力が低いロケットよりも効率よく燃料を使うことができます。

Q: 比推力を使って、どのようにエンジンを比較することができますか?

A: 比推力は、自動車の比較に使われるガロンあたりマイルや100kmあたりリットルのように、ロケットやジェットエンジンをその効率に基づいて比較することができます。

Q: 比推力が大きいと、エンジンが「より強力」であることを意味するのですか?

A:いいえ、比推力が高いからと言って、必ずしもエンジンが「より強力」であるとは限りません。実際、比推力が高いエンジンの設計は、加速力という点では弱いことが多いのです。

Q:エンジンは違うが燃料は同じ量の2つのロケットは、どのように競争するのですか?

A: 燃料が同じでエンジンが異なる2つのロケットのレースでは、エンジンの性能が高い方が早い段階でリードしますが、燃料を使い切っても比推力の高いロケットはまだ燃料が残っているので、加速を続け、長期的に有利になるような距離があれば最終的に相手を追い抜きます。

比推力