『ロケットの科学』の書評とサクッと要約|ロケットが飛ぶ仕組みと歴史

ロケットの科学 Amazonほしい物リスト2021
ロケットの科学(谷合稔 著)

宇宙は、人類に残されたフロンティア。まあ海底とか地下もあるけども。子どもの頃からなぜか宇宙にワクワクするのは、そこに何かがあるという空想の余白があるからかもしれません。ロケットは宇宙へ飛び出すために人類が作り上げ改良を重ねてきた技術。ですがロケット打ち上げの映像を見ていると、なんであんな重たいものが飛ぶんだろうって思うわけです。ということで読んでみたかった『ロケットの科学』。

タイトルに「科学」とあるのですが、難しくはなく、ロケットがなぜ飛ぶのかという構造や全体像と、世界あるいは国ごとのロケット開発の歴史が書かれています。

宇宙開発の全貌については昨年『宇宙に命はあるのか』でだいたいのところは掴んでいましたが、こちらはあくまでもロケット中心。なので最初のほうは兵器のミサイルと同義という前提があり、その背景でロケットがどのように扱われてきたのか、国ごとにどういった考えを持っていたのかといったことが書かれていたりします。

さらに、各国その時代ごとに変遷するロケットごとのスペックも記載されています。さすがにこれを見ても「ほお、段数は3段で2段目以降は固定燃料か!」とかそういう話までの理解が得られるかというの、全くそんなことはありません。

肝心のロケットの科学、ロケットが飛ぶ仕組み自体の解説は本の中の「序章」のみなので、もっと科学的なことが知りたい!という人には本書では物足りないかもしれません。ただ私のような素人にはビジュアルも多く、イメージしやすいのも特徴です。50年代の打ち上げ風景の写真も結構あったりするので、面白いです。

ところで、ロケットってこれまでどのくらい打ち上げられているんでしょう?それほど多くないのではと思っていたのですが、本書を読んで、想像以上に打ち上げられているんだと知りました。本文中にこの種類のロケットどのくらい使われたのかとかも記載がある部分があり、ロケットの打ち上げ自体はかなりの回数行われていて、実験や商業衛星打ち上げなどが活発に行われているんだなと思いました。

ちなみに2021年に日本人として初めて宇宙旅行に行った前澤友作さんが宇宙に行く際に搭乗したのがソユーズ(民間人として宇宙に行ったのは二人目の模様)。ソユーズは宇宙船の名前でもありロケットの名前でもある。で、そのソユーズはこれまで1800回以上の打ち上げを行っていて、これまでのロケットの中で最も安全という信頼があるそうです。

海外ではどんどん民間人の有人飛行が実現してますから、我々のような一般人も宇宙を長期休暇の旅行先に選択できる日が20年後くらいには来ているんでしょうかね~

ロケットの科学 改訂版 創成期の仕組みから最新の民間技術まで、宇宙と人類の60年史 (サイエンス・アイ新書)
ロケットの科学 改訂版 創成期の仕組みから最新の民間技術まで、宇宙と人類の60年史 (サイエンス・アイ新書)

本の概要と要約

『ロケットの科学』のテーマ
どうしてロケットは飛ぶのか
『ロケットの科学』の要約
ロケットが飛ぶ原理と指標
『ロケットの科学』の要約
ロケット開発の歴史とこれから

内容
・ロケットの速さ
 ー宇宙空間に行くには自足28,400キロ
 ー地球の引力の及ばないところに行くには自足40,300キロ
・飛ぶ原理は「推力」
 ー例えば風船の空気が抜けて飛んでいく力
 ー噴出する空気とは逆方向に働く力
・推進剤
 ーロケットは燃料を燃焼する力で推力をつくる
 ー燃料と酸化剤を合わせる
 ー宇宙は空気がないので酸化剤が必要
・ロケットの性能を示す指標
 ーどれだけ重い物をどれだけ遠くに早く正確に届けられるか
 ①推力
 ーどのくらいのものを持ち上げられるか
 ー100トンのロケットは推力が100トンないと飛ばない
 ②質量比
 ー推進剤満載時から推進剤を抜いた状態の質量で割ったもの
 ③燃料比
 ーロケットに積まれた推進剤の割合
 ④比推力
 ー推力を1秒間に消費される推進剤の質量で割ったもの
・ロケットは多段式
 ーロケットは軽量化が重要
 ー燃焼し終えた段は切り離して軽くしていくことで効率を上げる
・戦中と戦後のロケット
 ーロケットとミサイルはほぼ同義で語られていた
 ーナチスドイツ
  ー第1次大戦の敗戦で兵器開発禁止に
  ー宇宙旅行協会のロケット開発に目を付ける
  ー第2次大戦中はフォン・ブラウンが中心に開発
 ーアメリカ
  ーフォン・ブラウンを優遇
  ーソ連の人工衛星、有人飛行成功で出遅れ
 ーソ連
  ーセルゲイ・コロリョフ中心
  ー初の人工衛星スプートニク成功
  ー初の有人飛行(ガガーリン)成功
 ーフランス
  ー世界で3番目に人工衛星打ち上げ成功
  ー米ソには追い付けないと考え欧州まとめる(ESA)
・日本のロケット開発
 ー第2次世界大戦敗戦後、航空機開発禁止
 ーサンフランシスコ条約で研究可能になるも材料調達困難
 ー日本のロケット開発は糸川英夫が牽引
  ー鉛筆のようなペンシルロケットを開発
 ーその後アメリカ・デルタロケットの技術提供などうける
 ーH2ロケットで念願の純国産ロケット完成
・ロケット開発の成熟期
 ーロシアのソユーズ(宇宙船&ロケット)
  ーロケットは1800回以上打ち上げ、世界で最も安全と評価
 ーアメリカはアポロ計画に向け、着々
  ーロシアとの差を詰める
 ー中国も長征ロケットで有人打ち上げ成功
・スペースシャトル
 ー再利用できる宇宙船を狙って開発
 ー年50回を想定していたが、実際には6回しか飛ばず
 ー2度の爆発事故でさらに回数減り、コスト高になり退役
・民間もロケット開発へ参入
 ー巨万の富を生んだIT長者たちが参入
  ージェフ・ベゾス
  ーイーロン・マスク
 ー日本の植松電機×北海道大学なども

著者:谷合稔とは

1953年、東京都生まれ。慶應義塾大学法学部政治学科を卒業後、グラフィックデザインの世界に入り、エディトリアルデザイナーとして長年、雑誌の誌面づくりや本づくりに携わる。その一方で、科学系の雑誌や書籍を読みふけることをこよなく愛し続けてきた。最近ではその科学好きが高じて、科学をわかりやすく解説する本の執筆にも強い関心をもっている。著書に、『宇宙のすべてがわかる本』(渡部潤一監修、共著、ナツメ社)、『天気と気象がわかる! 83の疑問』『ロケットの科学』『地球・生命─138億年の進化』(サイエンス・アイ新書)がある。

本の解説と感想(レビュー)

ロケットをどうやって宇宙へ飛ばすのか

ロケットが飛ぶ原理は、膨らませた風船の空気を抜いて飛んでいくジェット風船と同じ「推力」によるものです。推力とはジェット風船から噴出する空気とは反対方向に働く力です。

しかしロケットは風船とは違い、機体のなかに積み込んだ燃料を燃焼させることによって推力を得ています。地球の引力を振り切って宇宙空間に飛び立つためには、第一宇宙速度(時速約28400 km、秒速7.9 km)が必要で、さらに地球の引力の及ばないところまでに送るためには第二宇宙速度(時速40300 km、秒速11.2 km)という速度が必要なのだとか(wikipedia「宇宙速度」に公式が書いてありますが、さっぱりわかりません笑)。そんなとんでもない速度を出さないと宇宙に送り込むことはできないのです。

宇宙に出るということは空気がない空間でも推力を得なければなりません。なので、酸素を得るために酸化剤という化合物が必要になり、燃料と混合させて燃焼させます。燃焼の方法は2種類あって、ロケット製造における重要な選択肢の1つになります。すなわち固体燃料にするか液体燃料にするか

固体燃料は事前に混ぜ合わせているので、シンプルであるためロケット部品も少なく済み、経済的で打ち上げの成功確率も高いのですが、一度着火すると止められないため制御誘導には難しさがあります。一方で、液体燃料は燃料と酸化剤を別々のタンクに積んで混合させるために、燃焼力を調整することができるので推力を調整することができます。しかし液体燃料はそうした構造から部品の点数は増え、複雑化するためにコストが増大します。

さて、そもそもロケットを飛ばすには、その重量を持ち上げるだけの推力が必要で、重量を軽くすることが重要になってきます。こうしたことから、ロケットは多段式を採用していて、使い終わった燃料と酸化剤を切り捨てて重量を軽くするということをやっています。ロケット打ち上げの際に切り離しのシーンをよく見ますが、こうした理由があるんですね。

じゃあ、段組みを多層にしていけばいいじゃないかという気もしますが、ただでさえ複雑なシステムを何段もつなぎ合わせるのはさらに複雑になってしまうため、せいぜい3段式までにしているのが現状のようです。

このように、固体燃料や液体燃料の採用、多段式の採用などロケットによって採用するものが異なり、ロケット開発の大変さが見えてきます。

リスク分散というところでは、クラスターロケットというものがあったりします。これは小型エンジンをいくつも束にして推力を大きくしようと言うもので、もしエンジンが一つ故障したとしても飛行ができるという特徴があります。また、ロケットが進む方向を制御する方法も、エンジンそのものを首振りさせるもの、副エンジンで調整するものなどがあるそうです。さらにさらに…といくらでも出てくる。

とにかく、ロケットはどれだけ重い物を、どれだけ遠くに、速く、正確に届けられるかという点が指標であり、これらをどう高めていくかということがロケット開発の歴史でもありました。

ロケット開発の歴史

戦争がテクノロジーを進化させるとはよく言ったもので、宇宙開発に欠かせないロケットも、その発明と開発を支えたのは戦争でした。

ロケットの歴史は古く、10世紀頃の中国で発明され兵器として用いられたそうです。そのロケットを地球を脱出するための投資として考えたのは、ロケットの創始者として名前が挙がるコンスタンチン・ツィオルコフスキー博士だそうです。なんでも宇宙旅行の可能性としてロケットで宇宙に行けることを証明したのだとか。

とは言いつつも、現実は戦争の兵器として進化を重ねてしまいました。2020年代に入って、急激に民間でのロケット開発や宇宙旅行が実現したのもこうした歴史があってこそというのは複雑ではありますね。

ツィオルコフスキー 以降、ゴダードやオーベルトを経て、ドイツ宇宙旅行協会という民間のロケット愛好家団体が作られました。その取り組みに注目し、ロケットを兵器としての可能性を見出したのがナチス・ドイツでした。そしてドイツ宇宙旅行協会には、のちにNASAに渡るフォン・ブラウンも所属していて、ヒトラーは若きフォン・ブラウンに入れ込み、ロケットを戦争の道具として活路を見出そうとしました。ついに1944年、ドイツが劣勢に傾いていたなかV2ロケットがヨーロッパ西部に複数発射されました。

戦後になるとロケット技術はアメリカとソ連が別々の道を争いながら歩むことになります。アメリカにはフォン・ブラウンが亡命し、ソ連はセルゲイ・コロリョイフにドイツの研究所で作られていたV2ロケットの情報収集とドイツ人技術者をソ連に移送させました。戦後の冷戦のプロバガンダにも用いられ、競うように開発を進め、その莫大なコストは互いに財政に大きな影響を与えるものになっていきます。

戦後のロケット開発で先を行ったのはソ連。1957年にコロリョフがR-7ロケットによって世界で初めての人工衛星であるスプートニクを打ち上げることに成功します。この衝撃は世界中に計り知れないものをもたらしたはずで、スプートニク・ショックと呼ばれるほど震撼させ、すぐさまアメリカとフランスが人工衛星の打ち上げに計画に乗り出しました。(ちなみにコロリョフはソ連がその存在を隠すため、生前に名前が公表されることはなかったのだそうです)

フランスは世界で3番目の人工衛星打ち上げ国になったのですが、米ソの宇宙開発戦争にフランスだけで太刀打ちが難しいと考え、欧州全体で宇宙開発をしていくことを提案し1975年に欧州宇宙機関(ESA)が誕生しました。

では、日本はどうだったのでしょうか。そもそも第2次世界大戦で敗戦した日本には様々な規制が設けられ、その影響は現在にも及んでいます。1952年サンフランシスコ講和条約でようやく航空機の研究開発が認められたのですが、この時間差と資本力の差は大きく、特許面も含め技術開発の面では後れを取っています。

日本のロケット開発を語るうえで欠かせない人物が糸川英夫氏です。サンフランシスコ講和条約のあと、多くの研究者がジェットエンジン航空機の研究に乗り出したのですが、糸川氏は宇宙空間でも飛べるロケットを研究すべきと考え、ロケットの研究を始めます。日本は資材の調達にも難があり、例えば推進剤には朝鮮戦争で使ったバズーカの火薬を使うなど、様々な工夫でやりくりしたようです。で、最初にできたのがペンシルロケット。本を読みながら「誤植か?」と疑ったのですが、なんと直径が18 mmの長さ23cm。手で持てるロケット。レーダーアンテナも手動で操作するなどお手製も過ぎるほどの日本でしたが、着々と性能を上げて1970年にラムダロケットによって世界で4番目に人工衛星を打ち上げるまでになりました。

ここまでは日本は固体燃料だったものの、徐々に液体燃料ロケットを中心にするという動きになり(技術者同士の政治的な話という可能性もある)、予算や知識のなさから、複数の団体を統合、アメリカから技術供与を受けるようになりました。1994年にH-IIロケットでようやく純国産の液体燃料ロケットの打ち上げに成功しました。

ロケット開発の現在と未来

ロケット開発は現在では、中国やインドといった90年代までには新興国といって差し支えなかった国も精力的に動いています。中国は長征ロケットで人工衛星を打ち上げ、世界で5番目の人工衛星打ち上げ国になり、現在では有人での打ち上げも成功し、さらに宇宙船の打ち上げにも成功しています。すでに日本よりも大きく先を行っていると言って差し支えないでしょう。

また、日本は近い将来、インドにロケット開発、宇宙開発で後塵を拝することになるかもしれません。インドは人件費が低い上に、理数系が非常に得意で優秀な技術者を世界に多く輩出しています。

今後は、ロケット打ち上げの低コスト化が一つの課題になってきます。低コストで打ち上げることができれば商業用に衛生を打ち上げたい需要に応えやすく、大きな競争力になっていきます。

スペースシャトルもそういった目的からで再利用する宇宙船を計画していたものの、事故を受けて安全対策のために保守費用が大きくかさみ、使い捨てロケットのほうが低コストになるという実態がありました。現在では民間会社スペースX(イーロン・マスク)のファルコンXが一部再利用ができていて、コスト減ができているようです。

ロケットと宇宙に関しては、この1~2年で急激にメディア露出も増えているような気がします。

先に名前を挙げたイーロン・マスクのスペースXや、Amazonのジェフ・ベゾスといった巨万の富を得た人たちが、宇宙へ投資するという環境が生まれてきています。これまでは宇宙開発は国家プロジェクトであったものが、民間のパワーによってロケットが開発できるようになり、官民一体となった姿が多くみられるようになりました。宇宙旅行もすでに多くの人たちが実行しています。日本人では2021年にZOZOの創業者である前澤友作さんがロシアのソユーズで旅立ち、ISSに滞在した様子を配信するなど盛り上がりを見せていました。

日本では、元ライブドア代表のホリエモンこと堀江貴文さんも、ロケット開発に熱心で、たびたび話題になります。MOMO3号機は日本の民間ロケットとしては初めて宇宙空間に達するという成功も収めています。

まとめ

ロケットの仕組みと歴史がよくわかる一冊でした!
難しいところは理解していませんが…すいません。

ツィオルコフスキーが宇宙旅行としてのロケット運用というのは純粋な夢だなと思うんですよね。ロケット開発やその他の宇宙関連の開発が進んでいる背景が、これまでは兵器開発としての発展があり、今は資本力が物を言わす開発になっていて、それは儲かる可能性があるからというのを含んでいるのが若干のもやもやがあります。地球という資源には限りがある中で、宇宙に飛び出そうとしているのは、やはり早めにフロンティアを取りに行く開拓精神。今後の宇宙開発がどうなっていくのか目が離せません。

あと旅行として宇宙を体験できるのは面白そうだなと思う一方で、訓練が必要だったり、地球へ戻ってからすぐに活動ができないことからも、実費用に加えて時間的、物理的なコストがあるなどハードルは高そうですね。

本の目次

『ロケットの科学』の表紙
『ロケットの科学』の表紙
  • 序章 ロケットの飛ぶ仕組み
    • ロケットの飛ぶ原理
    • 2種類のロケット
    • ロケットの性能を決める4つの指標
    • ロケットの構造と設計
    • ロケットの制御と誘導
  • 第1章 戦中や戦後のロケット
    • V2ロケット(ナチス・ドイツ・1942年)
    • レッドストーン(アメリカ・1952年)
    • R-7(ソ連(現ロシア)・1956年)
    • ジュノーⅠ/Ⅱ(アメリカ・1958年)
    • ディアマン(フランス・1965年)
    • ブラック・アロー(イギリス・1969年)
  • 第2章 日本の草創期
    • ペンシルロケット(日本・1955年)
    • ベビーロケット(日本・1955年)
    • カッパロケット(日本・1958年)
    • ラムダロケット(日本・1963年)
    • ミューロケット(日本・1974年)
    • M-V(日本・1997年)
    • N-1(日本・1975年/1981年)
    • H-1(日本・1986年)
  • 第3章 成熟期のロケット
    • アトラス(アメリカ・1959年)
    • タイタンⅠ/ⅡGLV(アメリカ・1959/1964年)
    • デルタ(アメリカ・1960年)
    • モルニヤ(ソ連およびロシア・1960年)
    • コスモス(ソ連およびロシア・1961年)
    • タイタンⅢ(アメリカ・1964年)
    • プロトン(ソ連およびロシア・1965年)
    • ソユーズ(ソ連およびロシア・1966年)
    • N-1(ソ連(現ロシア)・1969年)
    • 長征1~4号(中国・1970年)
    • アリアン1~4号(欧州・1979年)
    • SLV/ASLV(インド・1980年)
    • ゼニット(ウクライナおよびロシア・1985年)
    • タイタン23G(アメリカ・1986年)
    • エネルギア(ソ連(現ロシア)・1987年)
    • タイタンⅣ(アメリカ・1989年)
    • デルタⅡ/Ⅲ(アメリカ・1990年)
    • アトラスⅠ/Ⅱ/Ⅲ(アメリカ・1990年)
    • ロコット(ロシア・1990年)
    • PSLV/GSLV(インド・1993/2001年)
    • アリアン5(欧州・1998年)
    • アトラスⅤ(アメリカ・2002年)
    • デルタⅣ(アメリカ・2002年)
    • H-ⅡB(日本・2009年)
    • ヴェガ(欧州・2012年)
    • イプシロン(日本・2013年)
    • アンタレス(アメリカ・2013年)
    • アンガラ(欧州・2014年)
    • 長征5~7号(中国・2015年)
  • 第4章 時代をつくったロケット
    • サターンⅠ/ⅠB(アメリカ・1964年/1966年)
    • サターンⅤ(アメリカ・1967年)
    • スペースシャトル(アメリカ・2015年)
  • 第5章 民間のロケット
    • ペガサス(アメリカ・1990年)
    • CAMUI(日本・2002年)
    • スペースシップワン(アメリカ・2004年)
    • ファルコン1(アメリカ・2006年)
    • ファルコン9(アメリカ・2010年)
    • ニューシェパード(アメリカ・2015年)
    • MOMO(日本・2017年)
    • ファルコンベビー(アメリカ・2018年)
    • ニューグレン(アメリカ・2020年予定)
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