ロケットの推進原理と技術体系

ロケット（英: rocket）は、自らの質量の一部を後方に射出し、その反作用で進む力（推力）を得る装置であるロケットエンジン、もしくはその推力を利用して移動する装置全般を指す。ジェットエンジンなどとは異なり、空気などの外部の物質を吸い込まずに内部に搭載した推進剤のみで推力を生み出すため、大気圏外の真空中でも稼働できる特徴を持つ。

用語の定義と語源

狭義にはロケットエンジン自体を意味し、広義にはロケットエンジンを推進力として宇宙機などのペイロードを搭載したローンチ・ヴィークル（打ち上げ機）全体を指すことが多い。

日本語の「ロケット」は英語の「rocket」からの借用語である。「自己推進する飛翔体」を表す語としての「rocket」は、「糸巻き棒」を意味するイタリア語の「roccha」の指小語である「rocchetto」に由来しており、元々は糸巻き棒のような形状をした花火を指していた。

推進原理

ロケットは、作用・反作用の法則（ニュートンの運動第3法則）に基づいて推進力を得る。噴射したガスが後方の空気を押すことで進むと誤解されることがあるが、ロケットは空気のない真空中でも推進可能である。作用・反作用の対象となるのはロケット本体と、自らが噴射するガス（推進剤）であり、運動量保存の法則によって説明される。このロケットの速度変化と質量比の関係を示す基礎的な式として、ツィオルコフスキーの公式が広く用いられている。

推進方式による分類

ロケットは、使用するエネルギー源や推進剤の形態によっていくつかの方式に分類される。

化学ロケット

燃料と酸化剤（総称して推進剤と呼ぶ）を化学反応（燃焼）させ、発生する高温・高圧のガスを噴射して推力を得る方式である。短時間に大きな推力を発生させることができるため、実用化されている宇宙ロケットの大部分を占めている。推進剤の形態により、さらに以下の3つに大別される。

• 固体燃料ロケット：常温で固体の燃料と酸化剤を混合・成型して用いる。構造が比較的単純で大推力が得られ、長期保存が可能なため軍事用ミサイルや宇宙ロケットのブースターなどに広く使われる。
• 液体燃料ロケット：液体の燃料と酸化剤を用いる。推力の制御や再点火が容易である一方、高圧ポンプや複雑な配管システムが必要となる。液体水素と液体酸素の組み合わせなどが基幹ロケットの主流となっている。
• ハイブリッドロケット：固体の燃料と液体の酸化剤など、異なる相の推進剤を組み合わせて用いる方式である。

電気ロケット

電気エネルギーを利用して推進剤を加速し、噴射する方式である。イオン推進などが含まれる。大きな推力を得ることは困難であるものの、比推力が非常に高く長期間の運用に向いており、人工衛星や宇宙探査機の姿勢制御・軌道制御用スラスターとして実用化されている。

原子力ロケット

原子炉の熱を利用して推進剤を加熱・噴射する核熱ロケットや、核爆発の反動を利用する核パルス推進などが構想・研究されてきた。化学ロケットを大きく上回る比推力が期待されるが、安全性の課題や国際条約による制限から、実用化された例は限られている。

ロケットとミサイルの違い

ロケットの先端部に弾頭や爆薬などの軍用ペイロードを搭載して目標へ着弾させる兵器のうち、無誘導のものは「ロケット弾」、誘導装置を備えたものは「ミサイル」として区別されることが多い。ただし、技術的な基盤や推進原理の多くは共通しており、宇宙空間への人工衛星打ち上げ用ロケットと弾道ミサイルとの間で技術的な転用や運用面の類似性が議論されることもある。