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アポロ月面着陸の疑問②しょぼい月着陸船

jig********さん

2010/1/1612:38:37

アポロ月面着陸の疑問②しょぼい月着陸船

影やら旗やらはそんなに疑問に思わないんだが・・・
確かに子供の頃から不思議に思っていた事がひとつだけある。

それは月着陸船の大きさ。
いくら重力が1/6Gだとしても、地球を脱出するのにあれだけのエンジンと
燃料が必要なのに、月を脱出するのにあんなもので大丈夫なのかとは
思っていた。

せっかくだから、ここらへんのバランスについての計算を誰かしてくれないかな。
サターンロケットと比較してこれで充分に行って帰ってこれるのが
証明できます、ってのを。

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red********さん

編集あり2010/1/1614:33:11

根本的な勘違いがあるのだと思います。

サターンロケットは「地球を脱出するのに、あれだけのエンジンと燃料が必要だった」わけではありません。

ロケットの大きさと燃料は、打ち上げ重量によって劇的に変化します。
打ち上げ重量が増加すると燃料が増加し、増加した燃料の重量を打ち上げるために、さらに燃料が必要となる。打ち上げ重量の巨大化とともに効率は猛烈に悪化していくのですね。

さて、サターンロケットは司令船や着陸船、人間を往復のあいだ生かしておく物資などなど、大重量を地球の第二宇宙速度まで加速する必要がありました。だから、あれほど巨大にならざるをえなかったのです。

それに引き替え、着陸船から帰還するときは、不要なものをすべて捨てています。だからしょぼいのですね。
離陸するのは着陸船のなかでも上昇段のみであり、与圧さえされていない張りぼて同然のシロモノです。重量はたったの4トンにすぎません。
とうぜんのようにエンジンは小さくて良いし、燃料も少なくてすみます。

総重量3000トンのサターンと、4トンの上昇段が規模において比較にならないのは、あたりまえなのです。
ついでにいうと、上昇段は月の周回軌道で待っている司令船に辿り着くだけなので、月の引力を振り切る必要さえありません。地球の第二宇宙速度に達する必要があったサターンとは、そこからして違います。

さて、小さな重量を打ち上げるなら、こんな実例があります。
世界ではじめて宇宙に辿り着いた人工物であるV2ロケット。
搭載重量1トンで、総重量は13トンしかありません。
アポロ着陸船の上昇段は1/6の重力で軌道まで上がるのに4トン。
なにか不思議がありますでしょうか?

この問題は、ジャンボジェットを見た人間が「空を飛ぶのにあんな巨大な飛行機が必要なのに、小さなセスナ機が飛べるなんておかしくないか?」といっているようなものなのです。

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hig********さん

編集あり2010/1/1719:01:44

重力だけを問題にしていますが大気の存在は無視ですか
大気があるだけで、単純に考えても空気抵抗の存在によって速度の3乗に比例したエネルギーが必要になりますよ
馬鹿に出来ない程のエネルギーの浪費です
月の場合、大気の存在を無視できるので、月の弱い重力を振り切るだけの推力があれば十分になります
また大気があると、その圧力のせいでロケットエンジンで発生させた燃焼ガスの排気がスムーズに行えません
単純に考えて1気圧の大気の中でロケットエンジンの燃焼ガスの圧力が0.5気圧だったとしたら、それは推力になり得ません
しかし、月には大気が存在しませんので、仮にロケットエンジンの燃焼ガスの0.5気圧だったとしても、それは全て推力に変換されます
ロケットエンジンの燃焼ガスの圧力が低くても、大気のような邪魔者が存在せず十分な推力が得られるのならばロケットエンジン本体を軽く小さくできます
その結果として燃料もそんなに必要ではなくなるので、ロケットとしてのシステムが全体に小さく軽くできます
その上、先述しましたが、月には大気が存在しないお陰で邪魔者である空気抵抗も存在しません
月着陸船の場合、燃料も月の重力圏を振り切りだけの燃料があればよかったので、沢山の燃料を月にまで持っていく必要がありませんでした。燃料が少なくなれば当然、月着陸船自体の重量も軽くなるので、月の重力圏を振り切るのにはプラスに作用します
アポロだけでなく、地球上から有人宇宙船や衛星を打ち上げるロケットがアポロの月着陸船のように小型に出来ないのは、重力の問題だけでなく、大気と言う邪魔者を振り切って宇宙に行く必要があるからです

yas********さん

2010/1/1612:41:45

地上では、重力+空気抵抗があるからなのでは?

宇宙空間は真空なので、純粋に重力だけ。


空気抵抗がないので、慣性の法則で動き出したら止まらない。


あとは、地球に向かうのみ。
(大気圏に入ったら抵抗はありますが・・・)

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