ロケットの推進性能の評価基準

概要

ロケットの性能評価軸についてまとめる。 主に以下の5つの指標により評価される。

• 推進力
• 速度増加
• 比推力
• 質量比
• 打ち上げ性能

また、各々の指標の算出方法については扱わない。

推進力

ロケットを前進させるために必要な推進力。 推力は定義上、瞬間的に機体に作用する力であるが、実用上は 単位時間あたりに何ニュートン推進する力があるかという評価のされかたをする。 現在稼働しているすべてのロケットは多段方式のロケットであり、その第1弾ロケットが全推力の90%前後のパフォーマンスを出す構成になっているようだ。 それだけ実質大気層に重い物質を送り出すのは大変なようだ。

速度増加

ロケットを作動させて、すべての燃料を使い果たしたあとに獲得するロケットの速度。 ペイロードが、獲得する速度により周回軌道のどこまで達せられるのか、またはその外まで送り出せるのかが決定される。

比推力

エンジン性能を表すもので、単位時間当たり、単位重量の燃料を消費することで得られる推力と定義される。 この性能は推進薬の組み合わせや混合比、燃焼圧、ノズル膨張比などさまざまなパラメーターにより決定される。 燃費とかに近い概念？

質量比

ロケット構造体の軽量化の度合いを表すもの。 機体の重量に対してどれくらいの燃料が充填されているか、というもの。 現在のロケットは質量比10%程度に収まるようだ。この場合、残りは推進薬ということになる。

打ち上げ性能

その機体を打ち上げたらどれくらいの重量のペイロードを宇宙空間に運ぶことができるかというもの。 LEO(低高度地球周回円軌道)、GTO(静止トランスファ軌道)、SSO(太陽同期軌道)でどれくらいの質量のペイロードを運べるか。

実際のロケットで比較

ロケット名	発射時総重量(トン)	比推量(Isp[s])	質量比	LEO	GTO	SSO
Ariane 5G	746	431.2	7.3	-	6.7	9.5
Atlas 5	565	337.8	11.9	20.5	8.7	-
Delta 4	388	409	8.0	13.4	6.8	10.5
ソユーズ　２	310	319	11.9	7.9	2.0	4.5
長征 2F	425.8	260.7	12.1	11.2	5.1	6.0
H-2A	289	440	7.5	10.0	4.0	4.0

H-2AがTOPの比推力のパフォーマンスを発揮しているのに対して、ペイロードを運ぶには少し他のロケットに対して劣る。 多くのペイロードを周回軌道に贈りたいのであればAtlas 5当たりを使うしかないようだ。 ちなみに現在SpaceX社で開発中のStarShipはペイロードを100トン載せれるという化け物級のロケットである。(LEO)

https://www.spacex.com/vehicles/starship/

まとめ

ロケットのパフォーマンス指標をまとめた。 自分もまだまだ理解しきれていない部分もあるが、少しでも知識の補助になったのあれば嬉しい。