ロケット
一般的な特徴と動作原理
ロケットはターボジェットなどの「空気呼吸」エンジンとは異なり、排気ガスのすべてが搭載した「推進剤」の気体燃焼生成物でできています。
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ロケット推進に関わる基本的な物理原理は、アイザック・ニュートン卿によって定式化されました。 彼の運動の第三法則によれば、ロケットは排気で運ばれる運動量に比例して運動量が増加する。
ここで、M はロケットの質量、ΔvR は短い時間間隔でのロケットの速度増加Δt、m° は排気での質量放出率、ve は有効排気速度（ジェット速度にほぼ等しく、ロケットとの相対速度）、F は力である。 m°veという量は、推進剤を排出することによってロケットに生じる推進力、つまり推力である
明らかに推力は、高い質量放出率や高い排気速度を使うことで大きくすることができる。 高いm°を用いると推進剤をすぐに使い切ってしまう（あるいは大量の供給が必要）ので、veの値を高くすることが望ましい。 そのため、veの値は、超音速ノズルでどのように排気を加速するか、推進剤の加熱にどのようなエネルギー供給が可能かによって決まる、実用上の考慮事項によって制限される。 今すぐ購読する
ほとんどのロケットは、凝縮相の推進剤を高圧で燃焼させることにより、熱的な形でエネルギーを得ている。 気体の燃焼生成物は、熱エネルギーの大部分を運動エネルギーに変換するノズルから排出されます。 利用可能なエネルギーの最大量は、燃焼によって得られるもの、または高温であることから生じる実用的な考慮事項によって制限される。 ロケットの化学推進剤と一緒に他のエネルギー源（電気またはマイクロ波加熱など）を使用すれば、より高いエネルギーが可能になり、排気を電磁的に加速すれば、非常に高いエネルギーが得られる。
化学推進剤では毎秒2000～5000メートル、電気加熱推進剤ではその2～3倍の値が主張されている。 電磁加速を利用したシステムでは、毎秒40,000mを超える値が予測されている。 米国を中心とする工学界では、有効排気速度を秒単位で表すことが多く、これを比推力と呼んでいる。 秒単位の値は、実効排気速度を定数係数9.81メートル毎秒2乗（32.2フィート毎秒2乗）で割って得られる。
典型的な化学ロケットのミッションでは、離陸質量の50～95パーセント以上が推進剤である。 このことは、燃焼速度の式（無重力で抵抗のない飛行を仮定する）、
この式において、Ms/Mpは推進剤質量に対する推進システムおよび構造質量の比率であり、典型的な値は0.09（記号lnは自然対数）である。 Mp/Moは推進剤質量と全離陸質量の比であり、典型的な値は0.90である。 水素-酸素系のveの代表的な値は、毎秒3,536m（11,601フィート）である。 上記の式から、ペイロード質量と離陸質量の比（Mpay/Mo）を計算することができます。 地球低軌道の場合、vbは毎秒7,544メートル（24,751フィート）であり、Mpay/Moは0.0374である必要があります。 つまり、5万kg（11万ポンド）を地球低軌道に乗せるには、133万7000kg（294万8000ポンド）の離陸装置が必要なのである。 これは楽観的な計算で、式（4）には上昇中の重力、抗力、方向修正などの影響が考慮されていないため、離陸時の質量は著しく増加することになります。 式(4)から、MsとMpayは直接トレードオフの関係にあることがわかるので、構造質量を低く設計するためのあらゆる努力が払われ、Ms/Mpは推進系の第2の功利的な数値となるのである。 選ばれるさまざまな質量比はミッションに強く依存するが、ロケットのペイロードは一般に離陸質量のごく一部を占める。
離陸機のサイズを最小にするために、多くのミッションでマルチステージと呼ばれる技術が使われている。 ロケットは2号機を搭載し、1号機が燃え尽きた後に発射される。 こうすることで、第1段の不活性成分が最終速度まで運ばれず、第2段の推力がより効果的にペイロードに当てられるようになる。 ほとんどの宇宙飛行では、少なくとも2段が使用される。 非常に高い速度が要求されるミッションでは、この方法をより多くの段に拡張する。
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ロケットを便利にするユニークな特徴として、次のようなものがある：
1. ロケットは地球の大気圏内だけでなく、宇宙でも活動できる。
2. 非常に高い推力を発揮するように作ることができる（現代の重宇宙ブースターの離陸推力は3800キロニュートン（85万ポンド））。
3. 推進システムは比較的単純である。
4. 推進システムは発射可能な状態で維持できる（軍事システムで重要）。
5. 小型ロケットは、梱包箱からショルダーランチャー、航空機まで、さまざまな発射台から発射できる（反動がない）
これらの特徴は、すべての速度と距離の記録がロケットシステム（空、陸、宇宙）によって達成されているだけでなく、なぜロケットが宇宙飛行に独占的に選ばれているのかを説明しています。 また、戦略・戦術の両面で戦争を一変させたのもロケットである。 実際、現代のロケット技術の出現と進歩は、第二次世界大戦中およびそれ以降の兵器開発にまで遡ることができ、そのかなりの部分はアリアン、アポロ、スペースシャトル計画などの「宇宙機関」のイニシアティブによって資金提供されている
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