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まんがサイエンス〈2〉ロケットの作り方おしえます [自然科学]

1992年に発行された、マンガで先端科学を解説する本のシリーズ。
元は「5年の科学」で連載されていたらしい。
今回は、ロケットの作り方教えます。とペケル博士に教わるお話3本。
マンガは「あさりよしとお」が描いている。男の子は引き続き「よしお」くんだけど、女の子は「あさり」ちゃんから「あやめ」ちゃんになっている。

今回は、「ロケットの神様」が男の子と女の子のところへ落ちてくる。顔がスプートニクなんだけどね。
その神様を宇宙に返すために、男の子と女の子がロケットをつくって宇宙へいくお話。
神様の指導をうけながら、ロケットの開発の歴史を振り返るようになっている。
最終的に女の子はソ連方式で、男の子はアメリカ方式でロケット作成に成功する。

人工衛星がおちてこないのは、ボールを強く投げる説明で解説。
一定以上の速度がでれば、ボールは地球を一周するはず、これが人工衛星。

人工衛星になるくらいのスピードは秒速7.9km、時速なら28000km、マッハなら23。
ジャンボジェットに比べると27倍のスピードで、マラソンコースなら5.3秒、日本列島なら5分で通り過ぎる速度。
これだけ早いと空気の抵抗と摩擦熱が問題になる。
止まっている空気の中を時速180kmで走っている車は、風速50mの風がふいているのと同じ。
マッハ3では摩擦熱は何百度にもなる。
だkら人工衛星は空気に邪魔されない高さを飛ぶ必要がある。
空気は上にいくほど薄くなる、120kmなら人工衛星が飛べる。車が縦に走れば2時間。

ここでジェットとロケットの違いを説明。
ジェットのエンジンは前から空気を吸い込んで、燃料と混ぜて燃やしてそれを後ろに噴出して飛ぶ。
これは空気の無い宇宙では飛べない。
ロケットエンジンは酸素を持っていて、これを燃料とまぜているのだ。

よしおくんが調べたところでは人工衛星は、普通地上から300kmから500kmを飛んでいる。
120kmだとギリギリでちょっと下がると空気に触れてしまうかららしい。
秒速9kmの人工衛星は楕円軌道になり、秒速11.2kmを超えると地球を離れて飛んで行ってしまう。
静止衛星と呼ばれる人工衛星は3600kmを飛んでいる。
とにかく目標は300km。

ここでコンスタンチン・エドゥアルド・ヴィッチ・ツィオルコフスキーが先生として登場。
宇宙旅行の父と言われている人。
ロケット自体は1000年前から武器として使われていたが、ツィオルコフスキーが計算で証明するまで、人間がロケットで宇宙にいけることはわからなかった。
ここで固形燃料と、液体燃料の解説。
固形燃料は点火したら止められない、重さの割には力が弱い、値段が安い、つくるのも扱いも簡単。いう特徴
液体燃料はコントロールしやすい、力が強い、値段が高い、作るのが難しいという特徴がある。
よしおくんが、ツィオルコフスキーの設計図でロケットを作って発射してみると大爆発。
彼は研究だけでロケットは1個もつくらなかったらしい。

次は「近代ロケットの父」ゴダード先生が登場。
1926年世界で初めて液体燃料ロケットを作った。考えはツィオルコフスキーと似ていたらしいが、こちらは本物をつくった。
世界初の液体ロケットはノズルの噴射が一番上にきていた、押し上げる形だと、ふらついてまっすぐ飛べないとの判断だったらしい。
液体ロケット第1号は高さ12m、距離56m、2.5秒しか飛ばなかった。

2人の共通項は「ジュール・ヴェルヌ」の「地球から月へ」というSF小説で、このなかでは大砲の弾に乗って月にいく。
しかし、実際に砲弾で秒速7.9kmだすと、すごい加速で中でぺちゃんこになってしまう。
ロケットだと徐々にスピードを上げるので大丈夫なのだ。そうはいっても体重の8倍や9倍の加速はかかるらしい。
徐々に上げられるのは燃料がねって軽くなるから。

ゴダードさんのロケットは、ノズルの位置でつまずいていた。下につけると不安定だし、上につけると余計なものが必要で重量が増えてしまう。
よしおくんが、辛抱できず、神様になんとかしてくれと頼むと、ヘルマン・オーベルト先生を紹介される。
ここであやめちゃんとは違う方向にいくわけだ。

オーベルト先生はSF映画の撮影用の作っていたが、うまくできなくて逃げちゃった。
よしおくんががっかりしてゴダード先生のところに戻ると、全長5m、高度2000mくらいまで上がれるロケットが完成していた。
ジャイロで傾きを調べて噴射でまっすぐに直すシステムを付け加えたのだ。
ただ、コントロール装置がなかった。このころコンピュータもなく、国の予算もないなかでゴダードは研究していて、部品をつかいまわしたり、リンドバーグの出資をうけたりしていたらしい。

このころ、オーベルト先生がほおりだした仕事をうけついで、軍のミサイル研究予算を使ってロケットをつくったのが、ウェルナー・フォン・ブラウン先生。彼の夢は自分の作ったロケットで月へいくことだった。
彼が作ったV-2号には、ロケットの基本的なものはすべてそろっていた。
ジャイロスコープ、コントロール用の電子頭脳、強力な液体ロケットエンジン、噴射の向きを変えて機体の方向を立て直す噴流翼。
電子頭脳は真空管で作られていた。

でも、V-2号をそのまま大きくしても宇宙にはいけない。
人が宇宙にいくためには、宇宙服や機材、帰りのパラシュートや宇宙船のボディが必要なのだ。
ソ連の宇宙船ソユーズは3人乗りで6.8t、人がのるカプセルだけでも2.8t。
今のパワーでは高度300kmまであげられないのだ。

噴射の太さを太くする方法だと、機械の重さが増してしまい。
スピードを上げようとすれば、エンジンの圧力が上がって重い作りになってしまう。
これを克服するために、よしおくんはエンジンを束ねる方法を思いつくが、失敗。
使い切ったエンジンを捨てないと軽くならないんだね。
というわけでよしおくんは多段式のロケットを思いつく。
あやめちゃんは別のロケットを思いついたといって立ち去る。
よしおくんは多段式ロケットをつくるが、単に同じものを3つつなげただけだと、一番下のロケットだけで離陸するにはパワー不足だと気が付く。
このころあやめちゃんは、エンジンを束ねたロケットをさらに何本を束ねた巨大ロケットで宇宙にいっていた。
これで発射して燃料がなくなったら周りのロケットを切り離す。ソ連方式である。
よしおくんが拗ねているとツィオルコフスキー先生が現れて「なぜ失敗したか考えればよい」という。
よしおくんは下の段を大きくすることを思いつき、成功。
実はエンジンを束ねたり、多段式にする方法はツィオルコフスキーのアイデア。

こうして二人の宇宙船は人工衛星になり、神様は宇宙に変えれたのだが、地球への帰り方がわからない。
あわてていると神様がやってきて、地球に帰るための逆推進ロケットをつけてあると教えてくれる。
帰るときは、離陸みたいにパワーがいらないのだ。すこしだけ下に向きかえてやるだけでいい。

というわけでアメリカ式のよしおくんは海におちて、日本の方角を探し、あやめちゃんはソ連式で山の中におちて同じく迷子になっているところで、終わり。



第2部は 月へ行くお話

よしおくんとあやめちゃんが「宇宙でゆっくりできなかった」といっていると、神様が宇宙船を出してあげるから、もう一度宇宙へおいでという。
実は消し忘れた先生たちを宇宙に連れてきてほしかったらしい。

今回は、ブラウンを中心に月にいくことにする。


まず、月旅行を、大きな穴からとなりの小さな穴まで行くたとえで説明。
地球の重力をふりきって、月にむかい、今度は底を飛び出して地球に戻るのだ。

地球の重力を振り切るために必要な速度は秒速


11.2km。
そして帰りの船をつんでいかなくてはいけなくて、月に着陸するには空気がないのでパラシュートは使えず、ロケット噴射でブレーキをかけることになる。
月の重力は地球の6分の1だから、脱出にはあまりパワーは要らないが、着陸船15トン、月の周りを回る宇宙船30トンを積んでいくことになる。
このために作られたのが、サターン5型。
ロケットを全部つなぐと85.6m、重量2862トン、重さの90%は燃料。巨大だけど3人のり。
これで、よしおくん、あやめちゃん、ブラウンが月へ向かう。

月ロケットサターン5型は司令船の位置が地上100m、東京タワーより低いけど、十分高い。
発射から120秒、79kmで1段目を切り離す、2030トンの燃料を使い果たしている。
二段目は高度174kmで分離、3段目停止したとき、高度185kmを秒速7.8kmで飛行、地球を回る。
最初に二人が作った人工衛星は1.5トンと4.7トン、これに比べるとサターンはこの時点で100トン。
サターンを使って重さ90トンもある宇宙ステーション「スカイラブ」も一気にうちあげたパワーである。
エンジンのパワーを重さに割り振るか、スピードに割り振るかで、ロケットの用途が変わる。
地球の軌道上で38万kmかならにある月への軌道をコンピュータで計算して、3段目を再度点火して秒速11kmに加速、月に向かう。
3段目を分離しら司令船の向きを変えて着陸船にドッキングして引き出す。止まっているようにみえるけど、実際は秒速11kmで飛びながら行われている。こうしてサターンと別れて3日間かけて月に向かう。
月へは着陸船で降りる、司令船は月をまわりつづける。着陸船は軽量化のために立って操縦することになっている。
でも二人乗りなんでもめていると、司令船の留守番は神様がしてくれることになって、子どもなんで二人とも月に着陸することにおちついた。
着陸船はコンピュータ操縦だが、予定通り平らな面がなかったら地面を見ながら手動でコントロールする。
もし傾いていると司令船に帰れなくなる心配がある。
最初の月着陸船は条件にあう場所におりるまで時間がかかり、燃料の残り30秒だったという。

月に着陸してブラウン先生は大はしゃぎ、月面車にのって、初めての月着陸船の下半分や足跡を見に行く。
地球の出もみる。
ブラウン先生は、無人の探査機で月はなにもないところだとわかっていたが、人類を送ることは夢だったのだといっていた。
3人が司令船にもどって地球に帰る途中で、直径50m以上あるダイダロス号に出会う。
これは別の太陽系を調査するためのロケットで、計画では50年かけて5.9光年離れたバーナード星まで飛ぶ。
速度は光速の12% 秒速3万600km、未来のロケットである。
これに、ブラウン以外の先生たちものっていた。
本当はいったきりになる無人のロケットだけど、神様が改造して先生たちをのせてくれたという。

エンジンは核融合ロケットで、弱くて速い噴射を続けて速度を出すもの、同じタイプにイオンロケットがある。
もちろん重すぎるから、宇宙空間でくみたてる必要もある。
そのためにもっと宇宙と往復する乗り物としてスペースプレーンがあげられていた。これはジェット機とロケットの合体型で離陸してからマッハ25まで加速する。エンジンを捨てないので経済的でもある。
現実に他の太陽系へいくには、宇宙ステーションや月面基地、そして月面で材料や部品をおくりだせるようになる必要がある。

神様によると、いままでのロケットも空想の産物だった、実現できるかは、きみたち次第だって。
先生たちも、今のロケットだって昔は夢だった。月旅行も実現できた。夢は実現できる。だって。

最後は「人間が宇宙へ乗り出すために生まれてきた生きものなんだ」できれいにしめくくられていた。


・キミの目は右利き!? 左利き!?
ここからは「あさり」ちゃんが復活。ペケル博士の解説で1話読み切り形式のお話になる。
あるものに指で狙いをつけて片目でみるとき、狙いが大きくずれていない方が効き目。
手が右利きの場合、目も右利きが多いので、野球のときは左のバッターボックスにはいって右目でボールを見たほうがいいことになる。
あと、人間の網膜は一人一人違っているので、認証に使える。


・プラスチック消えた! 食べた?
ゴミが増えて困っているが、中でもプラスチックは、ものによっては燃やすと高温を発して焼却炉をこわしたり、有毒ガスをだすものがあるので燃やせない。そのうえ何百年、何千年たっても残ってしまう。それなのに1989年に作られたプラスチックは約1200万トンで40年前の700倍の量。
そこで「消えてなくなるプラスチック」が開発された。光を当てると紫外線で3か月ほどでボロボロになり、微生物に分解されて水と二酸化炭素になる。これを「光分解プラスチック」という。
カップラーメンのかやくをいれておいて、熱湯をかけるとなくなるプラスチックもある。デンプンでできている。
ただし、プラスチックの一番良い性質は、変わらずにいつまでも残ること。
なんでも消えてなくなるプラスチックになっているわけじゃないから、ゴミのことは考えようね。


・石油は、どうやってできた?
石油はプラスチックの原料。本のインクや接着剤も石油。
発電も火力発電できない。他の発電所を作るにもトラックやクレーン車が必要だが、これも石油で動く。
この石油(ほんの時点では)30年でなくなるといわれている。
石油は地面の下にたまっているのを井戸をほってくみ上げる。
元は生きものの死骸が地中で変化してできたといわれている。石炭は大昔の木が地中にうまってできたもの。
石油はプランクトンなどの死骸が地下で圧力や熱で変化したものといわれている。
それで両者は化石燃料とよばれている。
石油や石炭は1億年とか2億年かけてできたもの。

石油のもう一つのでき方の説は、地中から吹き出すメタンガスが圧力や熱で変化してできたという「無機生成説」
もし、そうだったら、30年で枯渇するどころか、予想より多くの地域に石油があって、ガスから造れるということになる。
どちらにしても資源は大切に使おうね。


まんがサイエンス〈2〉ロケットの作り方おしえます

まんがサイエンス〈2〉ロケットの作り方おしえます

  • 作者: あさり よしとお
  • 出版社/メーカー: 学習研究社
  • 発売日: 2004/02
  • メディア: 単行本



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