宇宙船 (ツィオルコフスキー)

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発行：1932年 出典：『知識は力なり』1932年、第23/24号

宇宙船は飛行機と異なり、プロペラがありません。非常に速い動きのため、翼にはほとんど目立たない凹みがある。爆発の要素である燃料と酸素を分離して搭載する（図参照）。これらは2つのピストンポンプによって混合器に送り込まれる。ここで、特殊な「混合格子」と接触して、既知の様々な方法で爆発するのである。燃焼器から円錐形のノズルに突入し、そこから急激な膨張と希薄な流れによって冷却され、発射体の後部で拡散するのである。このガスの反動で、ロケットは連続的に加速していく。ノズルの外側の延長部分（ノズルスカート）には、方向、高度、横方向の安定性を確保するための舵がある。排気ガスの流れが速いので、環境に左右されずに真空中でも機能することができる。

ブローニング式機関銃のように、燃焼器内で爆発が連続して起こる。唯一の違いは、ジェット宇宙船の場合、機体は円錐形で、爆発は空砲（弾丸なし）であり、爆発物の構成要素は燃焼器の中でのみ分離・混合されることである。もう一つの違いは、特殊なエンジンを使って膨張させることである。後者の状態は、機関銃のようにリコイル（反動）を利用することで解消できる。このようにして、発射体をさらに単純化すると、機関銃とは少し異なるものになる。

後者は1秒間に10回以上の爆発を起こす。宇宙船では、空砲によってチューブ（ノズル）からガスが拡散される可能性が高いため、爆発回数はさらに多くなる。航空機のエンジンは、作動中のシリンダー内で1秒間に20回以上の爆発を起こすこともある。1秒間に50回、100回転の爆発をするエンジンも知られている。

1回の膨張で100グラムの爆薬を消費するとすると、1秒間に40回の爆発で4キログラムの爆薬が燃焼することになる。これは、重さ1トンの宇宙船の飛行と、その連続的な加速運動には十分なものである。

しかし、燃焼器と円錐形のチューブ（ノズル）は、冷却に注意を払わないと非常に高温になる。したがって、それらは液体推進剤に囲まれ、液体推進剤は液体で自由に蒸発する酸素に囲まれている^[1]。これらの液体を連続的に撹拌することは有用である。

また、金属パイプは熱伝導率が高いことも忘れてはならない。したがって、その膨張した部分は、強く冷やされた膨張ガスが熱伝導によってチューブの冷たい狭熱部に伝わり、その熱を和らげることになる。より正しくは、「細い部分の熱がパイプの冷たい端に伝わる」ということである。

機関銃などの火器では、筒（銃身）を円錐状にできないため、燃焼ガスを十分に膨張させることができないので燃焼による熱エネルギーを運動エネルギーに変換する効率が低い。宇宙船のエンジンではノズルが円錐形で強く膨らんでいるため、円錐の角度が短いほど、またはその膨らみを大きく（ただし30度以下）作ることができる。

機関銃を実装すれば、宇宙船のエンジンを実装することになる。あとはリコイル機構の一部を借りて、特殊な機関をなくすだけである。

爆薬の1秒あたりの消費量を4kgとし、宇宙船の総積載重量を1トンとすると、0.8トン（800kg）の爆薬が200秒間で消費されることになります。その間、地平線に対して約30度の角度で飛行する宇宙船は、急速に空気の薄いところに到達し、大気圏外に放出される速度を得ることになる。

備考 この記事は、K.E. Tsiolkovsky氏が本誌のために特別に執筆したものである。

脚注

1. 再生冷却の概念