打ち上げロケット

打ち上げロケットは、通常、地球の表面または下層大気から宇宙空間にペイロード（有人宇宙船または衛星）を運ぶように設計されたロケット推進の乗り物です。最も一般的な形式は弾道ミサイル型の多段式ロケットですが、この用語はより一般的であり、スペースシャトルなどの乗り物も含みます。ほとんどの打ち上げロケットは発射台から運用され、打ち上げ管制センターと、乗り物の組み立てや燃料補給などのシステムによってサポートされています。 ^{[1]打ち上げロケットは高度な}空気力学と技術を使用して設計されており、それが運用コストの上昇につながっています。

軌道打ち上げロケットは、ペイロードを少なくとも宇宙の境界、約150 km（93マイル）まで打ち上げ、少なくとも水平速度7,814 m/s（17,480 mph）まで加速する必要があります。^[2] 弾道ロケットは、ペイロードをより低い速度で打ち上げるか、水平よりも大きな 仰角で打ち上げられます。

実際の軌道打ち上げロケットでは、固体燃料、液体水素、灯油、液体酸素、自燃性推進剤などの化学推進剤が使用されます。

打ち上げロケットは、軌道上の積載量によって、小型、中型、大型、超大型の打ち上げロケットに分類されます。

打ち上げロケットはNASAによって低軌道ペイロード能力に応じて分類されている: ^[7]

• 小型ロケット：< 2,000キログラム（4,400ポンド） - 例：ベガ^[8]
• 中型ロケット：2,000～20,000キログラム（4,400～44,100ポンド） - 例：ソユーズST ^[9]
• 大型ロケット：20,000～50,000キログラム（44,000～110,000ポンド）以上 - 例：アリアン5 ^[9]
• 超重量級ロケット：50,000キログラム（110,000ポンド）以上 - 例：サターンV ^[10]

観測ロケットは小型ロケットに似ていますが、通常はさらに小さく、ペイロードを軌道に乗せることはありません。2018年には、改造されたSS-520観測ロケットを使用して4キログラムのペイロード（TRICOM-1R）を軌道に乗せました。 ^[11]

軌道上の宇宙飛行では、衛星または宇宙船のペイロードを非常に高速に加速する必要があります。宇宙の真空では、反作用の力は質量の放出によって提供され、ロケット方程式が生まれます。宇宙飛行の物理学では、目的の軌道に到達するには通常、ロケットの段階が必要です。^{[引用が必要]}

使い捨ての打ち上げロケットは1回限りの使用を目的として設計されており、ブースターは通常、ペイロードから分離し、大気圏再突入時または地面との接触時に分解する。対照的に、再利用可能な打ち上げロケットは、そのまま回収され、再び打ち上げられるように設計されている。ファルコン9は再利用可能な打ち上げロケットの一例である。^[12] 2023年の時点で、これまでに運用されたすべての再利用可能な打ち上げロケットは部分的に再利用可能であり、一部のコンポーネントは回収され、他のコンポーネントは回収されない。これは通常、特定の段階（通常は第1段階のみ）の回収を意味するが、ロケット段階の特定のコンポーネントは回収され、他のコンポーネントは回収されない場合もある。たとえば、スペースシャトルは、固体ロケットブースター、第2段階としても機能したスペースシャトルオービター、コアステージで使用されたエンジン（オービターの後部に配置されていたRS-25）を回収して再利用したが、エンジンの燃料源であった燃料タンクはエンジンとは別個であったため再利用されなかった。^[要出典]

たとえば、欧州宇宙機関はアリアネ Vを担当しており、ユナイテッド・ローンチ・アライアンスはデルタ IV ロケットとアトラス Vロケットの製造と打ち上げを担当しています。^[要出典]

発射台は、陸上（宇宙港）、固定式海洋プラットフォーム（サンマルコ）、移動式海洋プラットフォーム（シーローンチ）、潜水艦に設置できます。打ち上げロケットは空中から打ち上げることもできます。^[要出典]

打ち上げロケットは、地球の表面のどこかの地点からペイロードを積んで出発します。軌道に到達するには、ロケットは大気圏を離れるために垂直に移動し、地面に再接触しないように水平に移動する必要があります。必要な速度は軌道によって異なりますが、日常生活で遭遇する速度と比較すると常に極端になります。^{[引用が必要]}

打ち上げロケットの性能はさまざまです。たとえば、静止軌道(GEO)に向かう衛星は、打ち上げロケットの上段で直接投入するか、静止トランスファー軌道(GTO) に打ち上げることができます。直接投入では打ち上げロケットに大きな負荷がかかり、GTO では宇宙船に多くの負荷がかかります。軌道に乗った後は、打ち上げロケットの上段と衛星の能力が重複する可能性がありますが、上段の軌道寿命は数時間または数日であるのに対し、宇宙船は数十年も持続することがあります。^{[引用が必要]}

分散打ち上げは、複数の宇宙船を打ち上げて目標を達成することです。国際宇宙ステーションのような大型宇宙船は、軌道上でモジュールを組み立てたり、宇宙空間で推進剤を移送したりすることで、地球近傍月周回機や深宇宙機のデルタV能力を大幅に向上させることで構築できます。分散打ち上げにより、単一の打ち上げアーキテクチャでは不可能な宇宙ミッションが可能になります。^[13]

分散打ち上げのためのミッションアーキテクチャは2000年代に研究され^[14] 、統合された分散打ち上げ機能を組み込んだ打ち上げロケットの開発は、2017年にスターシップの設計から始まりました。標準的なスターシップの打ち上げアーキテクチャは、低地球軌道で宇宙船に燃料を補給し、宇宙船がはるかにエネルギーの高いミッションで高質量のペイロードを送ることを可能にすることです。^[15]

1980年以降、2010年代までに、2機の軌道打ち上げロケットが発射場への帰還能力（RTLS）を開発した。米国のスペースシャトル（その1つのアボートモード^{[16] [17]）}とソ連のブラン^{[18]は、ロケットの}スペースプレーン部分を水平着陸させる メカニズムによってロケットの一部を発射場に帰還させる設計上の能力を持っていた。どちらの場合も、主ロケット推力構造と大型燃料タンクは使い捨てであり、これはそれ以前に飛行したすべての軌道打ち上げロケットの標準的な手順であった。どちらもその後、実際の軌道上の公称飛行で実証されたが、どちらも打ち上げ中にアボートモードも備えており、公称外の打ち上げ後に乗組員がスペースプレーンを着陸させることも考えられた。^[19]

2000年代には、SpaceXとBlue Originの両社が、ロケットのブースター段の垂直着陸をサポートする一連の技術を独自に開発しました。 2010年以降、SpaceXは、ファルコン9軌道ロケットの一部である第1段を持ち帰って垂直に着陸させる能力を獲得するための開発プログラムに着手しました。最初の着陸に成功したのは2015年12月でした。^[20] 2017年以降、ロケットの各段は、発射場に隣接する着陸パッドか、発射場から少し離れた海上の着陸プラットフォームに定期的に着陸しています。 ^[21]ファルコンヘビーも同様に、第1段を構成する3つのコアを再利用するように設計されています。 2018年2月の初飛行では、2つの外側のコアが発射場の着陸パッドに正常に戻り、中央のコアは海上の着陸プラットフォームを目指しましたが、着陸には成功しませんでした。^[22]

ブルーオリジンは、弾道飛行用の ニューシェパードロケットの帰還と着陸に同様の技術を開発し、2015年に帰還を成功させ、2016年1月には同じブースターを2回目の弾道飛行で再利用することに成功した。 ^[23] 2016年10月までに、ブルーオリジンは同じロケットを合計5回再飛行させ、着陸に成功した。 ^[24]両方のロケットの打ち上げ軌道は非常に異なり、ニューシェパードはまっすぐ上下に飛ぶのに対し、ファルコン9は大きな水平速度をキャンセルしてかなりの距離から帰還する必要がある。^[25]

ブルーオリジンとスペースXは、さらに再利用可能な打ち上げロケットを開発中である。ブルーオリジンは、軌道上のニューグレンLVの第1段を再利用可能なものに開発しており、初飛行は2024年以降に予定されている。スペースXは、惑星間宇宙へのミッション用に新しい超重量級打ち上げロケットを開発中である。スペースXスターシップは、RTLS、垂直着陸、およびスターシップで使用するために設計されたブースターステージと統合された第2段/大型宇宙船の両方の完全再利用をサポートするように設計されている。^[26]最初の打ち上げ試行は2023年4月に行われたが、両方のステージが上昇中に失われた。^[27] 5回目の打ち上げ試行は、ブースター12が発射塔にキャッチされ、上段のシップ30がインド洋に着陸することに成功した。^[28]

• 軌道への空中発射
• 軌道打ち上げシステムの比較
• 退役した軌道打ち上げロケットの比較
• 中止された打ち上げロケットの設計一覧
• 有人宇宙飛行のリスト
• 軌道打ち上げシステムの一覧
• ニュースペース
• 核熱ロケット
• ロケット打ち上げ
• 宇宙探査
• 宇宙物流
• 宇宙船打ち上げ準備
• 宇宙飛行のタイムライン
• トランスポーターエレクター

• 35個の衛星を搭載したロケットの衛星から撮影されたタイムラプス