ローンチ・ヴィークル

ローンチ・ヴィークル（launch vehicle）またはキャリア・ロケット（carrier rocket）とは地球ちきゅうから宇宙うちゅう空間くうかんに人工じんこう衛星えいせいや宇宙うちゅう探査たんさ機きなどのペイロードを輸送ゆそうするのに使用しようされるロケット。日本語にほんごでは打上うちあげ機きと呼よばれることもある。ローンチ・システム（launch system）と言いった場合ばあいはローンチ・ヴィークル、発射はっしゃ台だい、その他た打上うちあげに関かんする施設しせつを含ふくむ^[1]（「システム」の記事きじも参照さんしょう）。

速度そくどが低ひくければ、ペイロードが地表ちひょうに戻もどる弾道だんどう飛行ひこう（ballistic flight、あるいはsub-orbital flight）となる。一般いっぱんに観測かんそくロケットや軍事ぐんじ目的もくてきのミサイル等とうは弾道だんどう飛行ひこうをする。通常つうじょう、弾道だんどう飛行ひこうは放物線ほうぶつせんであると考かんがえることが多おおい。しかしそれは厳密げんみつには、地面じめんが平たいらで地球ちきゅうの中心ちゅうしんが十分じゅうぶんに遠とおい、とした近似きんじであり、正確せいかくには楕円だえん軌道きどうの一部いちぶである。そして弾道だんどう飛行ひこうにおける頂点ちょうてんは「半分はんぶん以上いじょうが地球ちきゅう内部ないぶに潜もぐっている楕円だえん軌道きどうの遠地点えんちてん」である。

この遠地点えんちてんの付近ふきんを、一般いっぱんには地球ちきゅうの大気たいきの影響えいきょうが十分じゅうぶんに薄うすくなった高度こうどに取とって、その前後ぜんごでさらにロケットエンジンを噴射ふんしゃし加速かそくし続つづければ、前述ぜんじゅつの地球ちきゅう内部ないぶに潜もぐっている楕円だえん軌道きどうにおける近きん地点ちてんがどんどん上あがってゆくように軌道きどうが変化へんかし続つづける。そして近きん地点ちてんも地球ちきゅうの大気たいきの影響えいきょうが十分じゅうぶんに薄うすい高度こうどになれば、その軌道きどうはもはやペイロードが地球ちきゅうに（すぐに）戻もどることはない、次つぎに述のべるような人工じんこう衛星えいせいの、軌道きどう（orbit）となる（遠地点えんちてんと近きん地点ちてんの高度こうどが等ひとしい場合ばあいが円軌道えんきどうである）。なお、後述こうじゅつするように「軍用ぐんようの飛翔ひしょう体たいの場合ばあいは弾道だんどうミサイルとして区別くべつされる」といった区別くべつのしかたが一般いっぱん的てきであって、力学りきがく的てきには同おなじ所しょもあれば厳然げんぜんとして違ちがう所ところもあるのであるが、マスコミや、専門せんもん家かでないマニア等とうによる説明せつめいには、この段落だんらくで説明せつめいしたような力学りきがくは、意識いしきされていない場合ばあいが見受みうけられる。

ペイロードが地球ちきゅう周回しゅうかい軌道きどうを周まわり続つづける人工じんこう衛星えいせいの場合ばあいは、ローンチ・ヴィークルにより第だい一いち宇宙うちゅう速度そくど（理論りろん上じょう、海抜かいばつ0 mでは約やく 7.9 km/s = 28,400 km/h^{[注ちゅう 1]}）まで加速かそくさせられて軌道きどうに分離ぶんり・投入とうにゅうされる。またペイロードが地球ちきゅう周回しゅうかい軌道きどうを離はなれる宇宙うちゅう探査たんさ機きの場合ばあいは、さらに高速こうそくの第だい二に宇宙うちゅう速度そくど（いわゆる「地球ちきゅう脱出だっしゅつ速度そくど」）まで加速かそくさせられる。一方いっぽう、ペイロードの目的もくてきによっては軌道きどうが弾道だんどう飛行ひこうの場合ばあいもあり、特とくにペイロードの弾頭だんとうに爆発ばくはつ物ぶつなどを載のせて目的もくてき地ちに着弾ちゃくだんさせる軍用ぐんようの飛翔ひしょう体たいの場合ばあいは弾道だんどうミサイルとして区別くべつされる。

「宇宙うちゅう」の定義ていぎが、宇宙うちゅう開発かいはつより古ふるい宇宙うちゅう空間くうかん物理ぶつりの観点かんてんがあることなど^[2]から軌道きどう速度そくどとは関係かんけいなく高度こうどで考かんがえられることが多おおいため、厳密げんみつな区分くぶんは不可能ふかのうと考かんがえられるが、日本にっぽんではよく「宇宙うちゅうロケット」と「観測かんそくロケット」と呼よび別わける（宇宙うちゅうロケット以外いがいのほとんどのロケットのペイロードの目的もくてきが観測かんそくというためもある）。総合そうごう的てきな「打上うちあげシステム」としての観点かんてんからはむしろ、「宇宙うちゅう」の定義ていぎを高度こうどではなく軌道きどうで与あたえたほうがすっきりはする。

種別しゅべつ・特徴とくちょう[編集へんしゅう]

使つかい捨すて型がたローンチ・ヴィークル (expendable launch vehicle) は一いち度どきりの使用しようを目的もくてきに設計せっけいされる。これらは通常つうじょうペイロードと切きり離はなされた後のち、大気圏たいきけん再さい突入とつにゅう時ときに崩壊ほうかいする。一方いっぽう、再さい使用しよう型がたローンチ・ヴィークル (reusable launch vehicle) はそのままの状態じょうたいで回収かいしゅうされ、再ふたたび打上うちあげに使用しようされる。ロケットを使用しようしないローンチ・システムは今いまのところ概念的がいねんてきなものに過すぎない。

ローンチ・ヴィークルはしばしば軌道きどうへ送おくり込こむことが可能かのうな質量しつりょうの量りょうで特徴付とくちょうづけられる。例たとえば、プロトンロケットは低てい軌道きどうに22000kgのペイロード能力のうりょくを有ゆうする。またロケットの段数だんすうで特徴付とくちょうづけられることもあり、ほとんどは2から4の多段ただんロケットである。多段ただん式しきでないローンチ・ヴィークルとして単たん段だん式しき宇宙うちゅう輸送ゆそう機き (SSTO) という概念がいねんが存在そんざいするが、開発かいはつが成功せいこうした事例じれいはない。

特定とくていのローンチ・ヴィークルについて語かたられる際さい、必かならず述のべられるその他たの事項じこうとして、所属しょぞくする国家こっか、打上うちあげげに関かんして責任せきにんを負おう宇宙うちゅう機関きかん、およびヴィークルの製造せいぞう、打上うちあげげを行おこなう会社かいしゃやコンソーシアム、がある。

打上うちあげプラットフォーム[編集へんしゅう]

地上ちじょう: スペースポート、固定こてい式しきミサイルサイロ^[3]
海上かいじょう: 固定こてい式しきプラットフォーム（サン・マルコ）、移動いどう式しきプラットフォーム（シーローンチ）、潜水せんすい艦かん^[4]
空中くうちゅう発射はっしゃ式しき: 航空機こうくうき（ペガサス、ストラトローンチ・システムズ、ランチャーワン）、気球ききゅう（ロックーン）

サイズ[編集へんしゅう]

観測かんそくロケット: 軌道きどうに到達とうたつする能力のうりょくがなく、弾道だんどう飛行ひこうを行おこなうのみ。
超ちょう小型こがた衛星えいせい打上うちあげ機き: 低てい軌道きどうへ100kg未満みまんまでのペイロード能力のうりょくを有ゆうする^[5]
スモールリフト・ローンチヴィークル: 低てい軌道きどうに2,000kgまでのペイロード能力のうりょくを有ゆうする^[6]。
ミディアムリフト・ローンチヴィークル: 低てい軌道きどうに2,000kgから20,000kgまでのペイロード能力のうりょくを有ゆうする^[6]。
ヘヴィーリフト・ローンチヴィークル: 低てい軌道きどうに20,000kgから50,000kgまでのペイロード能力のうりょくを有ゆうする^[6]。
スーパーヘヴィーリフト・ローンチヴィークル: 低てい軌道きどうに50,000kg以上いじょうのペイロード能力のうりょくを有ゆうする^[6]^[7]。

脚注きゃくちゅう[編集へんしゅう]

注釈ちゅうしゃく[編集へんしゅう]

^ 高度こうどが高たかくなれば重力じゅうりょくの影響えいきょうが小ちいさくなるので、より低速ていそく（小ちいさい遠心えんしん力りょく）で周回しゅうかいできる。例たとえば高度こうど約やく36,000 kmの静止せいし軌道きどうでは約やく 3.1 km/sで人工じんこう衛星えいせい（静止せいし衛星えいせい）となる。

出典しゅってん[編集へんしゅう]

^ See for example: NASA Kills 'Wounded' Launch System Upgrade at KSC Archived 2006年ねん2月がつ28日にち, at the Wayback Machine. Florida Today
^ 他たに、米べいソおよび米国べいこく内ないの宇宙うちゅう開発かいはつ競争きょうそうで「一番乗いちばんのり」は誰だれか、ということが定義ていぎにより変かわるため、といった事情じじょうもある。
^ 例れいとしてはICBMからの転用てんようロケットであるストレラなど。
^ 例れいとしてはSLBMからの転用てんようロケットであるShtil'やヴォルナなど。
^ Small and sweet: NASA wants a dedicated launch vehicle for cubesats
^ ^a ^b ^c ^d NASA Space Technology Roadmaps - Launch Propulsion Systems, p.11: "Small: 0-2t payloads, Medium: 2-20t payloads, Heavy: 20-50t payloads, Super Heavy: >50t payloads"
^ HSF Final Report: Seeking a Human Spaceflight Program Worthy of a Great Nation, October 2009, Review of U.S. Human Spaceflight Plans Committee, p. 64-66: "5.2.1 The Need for Heavy Lift ... require a “super heavy-lift” launch vehicle ... range of 25 to 40 mt, setting a notional lower limit on the size of the super heavy-lift launch vehicle if refueling is available ... this strongly favors a minimum heavy-lift capacity of roughly 50 mt ..."

外部がいぶリンク[編集へんしゅう]

S. A. Kamal, A. Mirza: The Multi-Stage-Q System and the Inverse-Q System for Possible application in SLV, Proc. IBCAST 2005, Volume 3, Control and Simulation, Edited by Hussain SI, Munir A, Kiyani J, Samar R, Khan MA, National Center for Physics, Bhurban, KP, Pakistan, 2006, pp 27–33 Free Full Text

S. A. Kamal: Incorporating Cross-Range Error in the Lambert Scheme, Proc. 10th National Aeronautical Conf., Edited by Sheikh SR, Khan AM, Pakistan Air Force Academy, Risalpur, KP, Pakistan, 2006, pp 255–263 Free Full Text

S. A. Kamal: The Multi-Stage-Lambert Scheme for Steering a Satellite-Launch Vehicle, Proc. 12th IEEE INMIC, Edited by Anis MK, Khan MK, Zaidi SJH, Bahria Univ., Karachi, Pakistan, 2008, pp 294–300 (invited paper) Free Full Text

S. A. Kamal: Incompleteness of Cross-Product Steering and a Mathematical Formulation of Extended-Cross-Product Steering, Proc. IBCAST 2002, Volume 1, Advanced Materials, Computational Fluid Dynamics and Control Engineering, Edited by Hoorani HR, Munir A, Samar R, Zahir S, National Center for Physics, Bhurban, KP, Pakistan, 2003, pp 167–177 Free Full Text

S. A. Kamal: Dot-Product Steering: A New Control Law for Satellites and Spacecrafts, Proc. IBCAST 2002, Volume 1, Advanced Materials, Computational Fluid Dynamics and Control Engineering, Edited by Hoorani HR, Munir A, Samar R, Zahir S, National Center for Physics, Bhurban, KP, Pakistan, 2003, pp 178–184 Free Full Text

S. A. Kamal: Ellipse-Orientation Steering: A Control Law for Spacecrafts and Satellite-Launch Vehicles, Space Science and the Challenges of the twenty-First Century, ISPA-SUPARCO Collaborative Seminar, Univ. of Karachi, 2005 (invited paper)
Christmas turns bad for ISRO, GSLV mission fails.

[2] 高度こうどが高たかくなれば重力じゅうりょくの影響えいきょうが小ちいさくなるので、より低速ていそく（小ちいさい遠心えんしん力りょく）で周回しゅうかいできる。例たとえば高度こうど約やく36,000 kmの静止せいし軌道きどうでは約やく 3.1 km/sで人工じんこう衛星えいせい（静止せいし衛星えいせい）となる。

[1] See for example: NASA Kills 'Wounded' Launch System Upgrade at KSC Archived 2006年ねん2月がつ28日にち, at the Wayback Machine. Florida Today

[3] 他たに、米べいソおよび米国べいこく内ないの宇宙うちゅう開発かいはつ競争きょうそうで「一番乗いちばんのり」は誰だれか、ということが定義ていぎにより変かわるため、といった事情じじょうもある。

[4] 例れいとしてはICBMからの転用てんようロケットであるストレラなど。

[5] 例れいとしてはSLBMからの転用てんようロケットであるShtil'やヴォルナなど。

[seradata-6] Small and sweet: NASA wants a dedicated launch vehicle for cubesats

[classes-7] NASA Space Technology Roadmaps - Launch Propulsion Systems, p.11: "Small: 0-2t payloads, Medium: 2-20t payloads, Heavy: 20-50t payloads, Super Heavy: >50t payloads"

[hsf200910-8] HSF Final Report: Seeking a Human Spaceflight Program Worthy of a Great Nation, October 2009, Review of U.S. Human Spaceflight Plans Committee, p. 64-66: "5.2.1 The Need for Heavy Lift ... require a “super heavy-lift” launch vehicle ... range of 25 to 40 mt, setting a notional lower limit on the size of the super heavy-lift launch vehicle if refueling is available ... this strongly favors a minimum heavy-lift capacity of roughly 50 mt ..."

[1]

[注ちゅう 1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

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