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火星は、太陽系の太陽に近い方から4番目の惑星である。地球型惑星に分類され、地球の外側の軌道を公転している。 英語圏では、その表面の色から、Red Planetという通称がある。

映画「オデッセイ」やNASAの火星ミッション、果ては移住の希望者を募る企業の出現でにわかに活気付いてきた感がある火星移住計画だが、片道18カ月という従来型ロケットがネックであった。

もちろん火星表面の薄い大気や重力と温度差の環境面で困難さはあるが、完全に閉じた生活環境を作れば地下にある氷床の水を分解して酸素を作り居住空間に酸素を供給することは難しくない。一旦居住空間に酸素が供給されれば人口太陽で生活環境を地球相当かあるいはそれ以上に持っていくことは可能だ。

ロシアは原子炉をエネルギー源とした衛星を打ち上げてきたが、この度国営の原子力企業、ロスアトムが原子力ロケットエンジンを開発し火星までの宇宙飛行の時間を6週間に短縮する技術開発を開始した。

原子力ロケットエンジン

原子核エネルギーを利用するロケット。いろいろな種類があるが,その一つは原子炉加熱型と熱伝導型と呼ばれるもので,ロケットのエンジン部に小型の原子炉を積み,液体水素を原子炉の炉心を通して,高温の水素ガスとしてノズルから噴出する。

ガスの排出速度は,ガスが軽く,高温であればあるほど大きい。水素は最も目方が軽いので,排出用としては最適なわけである。

この方式の原子力エンジンは,アメリカで 1959年にローバー計画として始められた。このほかアークロケットや,イオンロケット,プラズマロケットのような電気推進ロケットの発電源として,原子力を使う方式がある。しかし一般に,化学ロケットに比べて,原子力ロケットは推力が小さいので,大型宇宙船などを地上から直接打上げるには適さない。

そこで多段式ロケットの最終段に用い,下段部の化学ロケットでまず人工衛星の軌道に乗せたのち,月や火星,金星などの惑星への飛行に利用することが考えられている。

従来型の化学物質の燃焼で推力を得るロケットエンジンは燃焼時間に制約があるため、決まった軌道しか取れないが、原子力ロケットは燃焼時間に制約がないため自由に航行軌道を変えることが可能となる。

ロスアトムによれば火星まで1年半の飛行時間を1カ月から1.5カ月に短縮するロケットエンジンを2018年に試験を行う予定である。下の図のように炉心の熱源をタービンでノズルから吹き出す構造で水素気体を圧縮して炉心に送り込み高温で燃焼させる簡単な構造であるが、送り込む水素は冷却材も兼ねているので水素供給の制御が難しい。この形はNASAが開発しようとしたが実用にはならなかった。

原子力ロケットの想像図 (C) NASA

原子力ロケットエンジンの試験が行われる研究施設にある炉。この光は原子炉ではなく、それを模した電熱ヒーターである (C) NASA

今回NASAが開発を決めたのは「原子力ロケット」と呼ばれる、原子力を電力源ではなく、推進力として使うものである。

その仕組みは、臨界状態の原子炉の炉心に、液体水素などの推進剤を当て、その熱で超高温・高圧のガスにし、それを噴射するという単純なものである。こうした方法を「熱核ロケット」ともいう。

ちなみに原子力ロケットには、熱核ロケット以外にも、核爆弾を宇宙飛行に使う「核パルス推進」という方法もある。ロケットの後方に核爆弾を次々に発射し、爆発させ、その反動で進むというもので、もちろん言うまでもなく、構想のみで実現には至っていない。

熱核ロケットの最大の特長は効率がとてもよいところにあり、現在実用化されているような、燃料と酸化剤を燃やし、発生したガスを噴射する形式のロケットエンジンと比べ、2倍以上も効率(燃費)がよい。つまり同じ量の推進剤でも、より速いスピードを得ることができる。また推進剤も、液体水素が最も性能がよいものの、要は炉心に当ててガスになればよいので、ケロシンや水を使うこともできる。

逆に欠点としては、安全性の問題がある。これは前述したRTGや宇宙用原子炉にも通じることだが、打ち上げに失敗すれば、放射性物質が撒き散らされる可能性がある。RTGでは強固なカプセルに入れられたり、宇宙用原子炉も運用終了時には高軌道に捨てるなどして、少なくとも地上に被害が出ないような配慮ができるが、しかし原子力ロケットはその仕組み上、炉心に当たって汚染されたガスを噴射することになるので、大気圏内で使うわけにはいかないし、地上で噴射試験をする場合にも細心の注意を払う必要がある。

中国 原子力推進ロケットエンジンの宇宙船の打ち上げへ準備

中国航天科技集団公司(CASC)は2040年までに原子力推進による再使用型の宇宙船を製造する計画を表した。

中国の新たな宇宙プログラムによれば、惑星間飛行の原子力推進宇宙船で使用する積載量100トン超の再使用型ロケットエンジンは2030年までに開発終了の予定。

現在までに作られた再使用型ロケットエンジンで最大積載量を誇るのはソ連時代に作られた「エネルギア」の200トン。「エネルギア」は1987年と1988年の2度の使用の後、これだけの重さのロケットを必要とする施設が宇宙空間にないことを理由に使われていない。

より軽量の再利用型宇宙船計画については2025年にも発射が計画されており、2020年までに長征型の新型ロケットの使用が開始される。新宇宙プログラムの実現が叶えば、中国は宇宙開発では押しも押されぬ世界のトップになることは間違いない。

ガソリンのエンジンや、火薬利用のロケットを使ったのでは、今まではとてもこんなすごい速度はだせないが、原子力エンジンの完成された今日では、これだけの最大速度をだすことはよういである。/宇宙の迷子

火星まで6週間で行ける原子力ロケットエンジン あり得るな~^_^ ロシアvsアメリカvs中国 trendswatcher.net/latest/science… twitter.com/yj943636/statu…

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