（宇宙がっこう）ロケットは、なぜ何段もあるの？

イプシロンロケットの構造（ＪＡＸＡ提供）

写真・図版

　ロケットを打ち上げる時、１段目、２段目と言いますね。４段式とか５段式なんてのもあります。なぜ何段もあるのでしょう。ロケットは重さが軽いほど同じ推力に対して加速がしやすい。だから、ある量だけ推進剤を燃やしたら、その分不要になったエンジンなどを捨て、効率よくスピードアップしようという発想です。ロシアのコンスタンチン・ツィオルコフスキーが、２０世紀初めに考えついた素晴らしいアイデアです。

　ただし、３段式ならエンジンへの点火も、段間の切り離しも３回ずつ必要です。初期は、この点火や段間分離が失敗した例がいっぱいあり、多段式は打ち上げの成功率という意味ではそれだけリスクを背負うことになります。

　地球周回軌道の人工衛星は秒速８キロ近いスピードを持っていなければなりません。推進剤以外の部分をうんと軽く作っても、また推進剤の質やエンジン性能をいくら改良しても、１段式（単段式）で軌道を達成することは至難の業。そのため衛星や探査機の打ち上げには、必ず多段式が採用されるのです。

　各段のエンジンの性能の良しあしを決めるのは、比推力（１秒当たり消費する推進剤が出す推力）と構造重量比（各段の全重量に対する推進剤以外の重量の比率）です。しかしこの二つの値は各段のエンジンで異なります。各段の重さをどんな比率に組み合わせれば最も効果的か、必要とされる最終速度に対し最も軽くすむかの「最適重量配分」を考える。これがロケット設計者のだいご味です。

　ツィオルコフスキーは、多段式とともに、小さなロケットをいくつも組み合わせて大きな推力を作る「クラスター方式」も提案しました。これは今もロシアのあらゆるロケットの基本となっています。先日、若田光一さんを宇宙へ運んだソユーズロケットの１段目は、４本のロケットを束ねたクラスター方式でした。（的川泰宣・ＪＡＸＡ名誉教授）