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日記

AC0x01の日記: 月・ゲートウェイ間の宇宙船として最適なのは液体酸素/液体水素のSSTO、米ロの研究者が発表 41

日記 by AC0x01

ロシアのスコルコヴォ科学技術大学と米国のマサチューセッツ工科大学からなる研究チームは3月15日、計画されている有人月周回拠点「ゲートウェイ」と月面を往復する有人月着陸船にとって、性能とコスト面から最も最適なのは、液体酸素と液体水素を推進剤とする再使用可能な単段式の機体であるとする研究成果を発表した(マイナビの記事)。

この研究では、月着陸船の構成として単段式と2/3段式の多段式を、また推進剤として液体酸素と液体水素、液体酸素とメタン、そしてモノメチルヒドラジンと四酸化二窒素を選択肢として、39種類の構成を比較したという。

比較の結果、液体酸素と液体水素を推進剤とする再使用可能な単段式、ないしは3段式の機体が最適であることが分かり、さらに数十回のミッションを行うことも想定すると単段式が最適との結論に至ったとしている。

NASAが進めるアルテミス計画の月着陸船としては3種類が開発中だが(過去記事)、Blue Origin案など二つは多段式で、一方SpaceX案のStarshipは単段式だが燃料はメタンの筈である。ベストな月着陸船に向けて、まだまだ改善の余地があるのかもしれない。

この議論は賞味期限が切れたので、アーカイブ化されています。 新たにコメントを付けることはできません。
  • 水を電気分解すれば水素と酸素が作れるので
    燃料と人間用の水を別に持っていく手間が省ける

    あと月面で水が取れれば現地で燃料作れるしね

    • by Anonymous Coward

      「推進剤」ってイメージ的には運動量を稼ぐためにばら撒くわけだから、燃焼した後はあまり残らないんじゃないかな。よく知らんけど。

      • by Anonymous Coward

        「推進剤」ってイメージ的には運動量を稼ぐためにばら撒くわけだから、燃焼した後はあまり残らないんじゃないかな。よく知らんけど。

        「水と推進剤の二種類を持っていかなくて済む」であって「推進剤を回収して使える」とは誰も言ってない件

        • by Anonymous Coward

          別に、二種類でもいいだろ。

          • by Anonymous Coward

            別に、二種類でもいいだろ。

            二種類でもいいけど融通が利いたほうが便利
            推進剤が足りないときに飲料水から回したり
            飲料水がなくなった時に推進剤から緊急用に回したりできる

    • by Anonymous Coward

      運ぶ手間は省けるけど時間がかかる。
      月面からゲートウェイへ行ったり月面移動するだけで30トン [exploration.jaxa.jp]程度燃料使って、その製造に半年かかるぐらいを見込んでる。

      ちなみに(地球上での)製造コストは5kWh/Nm3程度だからISS規模の太陽電池(100kW)をフル稼働で分解だけさせて水素20kg/h、酸素80kg/h、合計100kg/h(33トン/2週間)。

  • by 90 (35300) on 2021年03月24日 15時12分 (#4000226) 日記

    単段式再使用型だと、着陸時に砂を巻き上げてエンジンを破損していたのに気づかず打ち上げて事故になる、という懸念があるんですよね。おなじみアポロ計画の月着陸船も実はその理由から二段式で、帰還時には足と金色の直方体部分をまるごと切り離してカプセル部分だけが飛び上がるようになってます。

        🌎
           📣   👶💨

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    こんな感じ。なので降下着陸に使ったエンジンを全面修理なしで再使用するなら、不整地離着陸能力のある着陸機を新たに開発するか、FODのない着陸場の整地の必要があるかと思われ。

    • by Anonymous Coward on 2021年03月24日 15時33分 (#4000248)

      >こんな感じ。
      面白いけどどんな感じだかよくわかんないよ!

      親コメント
      • by 90 (35300) on 2021年03月24日 17時00分 (#4000333) 日記

        これ [app.goo.gl]がこう [app.goo.gl]なってこう [app.goo.gl]じゃ。

        親コメント
      • by Anonymous Coward on 2021年03月25日 13時40分 (#4000796)

        野暮ながら
        地球の下のラッパが月軌道上の司令船(着陸船をゲットして人を回収し地球に帰る)
        ラッパの右にある赤ちゃんが着陸船から分離して宙を飛ぶ「上昇段」(司令船に人を移したら捨てられる)
        赤ちゃんの下の青いバンザイが着陸船の「下降段」(上昇段発射時に月面上に捨てられる)
        ですよね

        左のゴルフはたぶん月に建てられた旗、と。

        あの時それに気づいていたらワッハマンは月面に取り残されずに済んだのに…

        親コメント
    • アポロのときは月面には誰もいなくて何が起きても着陸船のクルーだけで対処するしかなかったけど、
      ゲートウェイと何度も往復する前提なら、月面に着陸用のプラットフォームやある程度の点検補修が可能な設備も作っていくと考えていいんじゃないですかね

      月面拠点の周囲が使い終わった下段だらけになるのも避けたいでしょうし

      --
      うじゃうじゃ
      親コメント
      • by Anonymous Coward

        数年に一度、拠点周囲に捨てられた下段を回収・分解して
        スクラップを地球へ持ち帰るようになったりして

        # 月に溶鉱炉ができれば建築資材として使うのもありかもしれない

    • by Anonymous Coward

      一度ゴミのない着陸面を作れれば、足跡が何十年も残ってるくらいだから
      (噴射で吹き飛ばされる分も考えれば)大丈夫そうな気はする。

      電池の寿命が尽きるまで定期的に無人の着陸面を掃除し続ける月面ルンバが
      誕生しそうだな。

  • 要は地球から打ち上げる場合は、複数のエンジン(車で例えるならローギアとかトップギアとかだけど、ロケットの場合は「最初に動き出す時向きのエンジン」と「スピードが乗ってから更にスピードを上げるのに向いたエンジン」を別々に作る必要が有る)が要る上に「要らない質量は途中で捨てる」にせざるを得ないので多段式にした方が良いが、衛星軌道→月だと条件が単純・簡単になるので「トップギアに相当するエンジンだけの単段式」が最適解って事かな?

    • by Anonymous Coward

      それもあるけど、単段式の方が良いのは捨てるところがない事に尽きる。
      何度も往復するなら、多段式の場合ゲートウェイまで捨てた部品を持っていかないといけないのがどうしても不利になる。

  • by Anonymous Coward on 2021年03月23日 15時07分 (#3999482)

    かつてのスペースシャトル計画やブラン計画だって、当時は米ロの研究者が最適解だと信じていたんだし。

    • by Anonymous Coward

      頻繁に行き来するようになると、ISSのソユーズみたいに現場待機の非常用の機体とかも出てくるだろうから、そういうのにはもうちょっと燃料の保存性とかも問題になるかもな。

    • by Anonymous Coward

      そりゃそうだけど、月周回拠点と月面の間の話なんだから、妥当でしょう。
      多段式は、切り離した下段は捨てていくんだから、回収困難なわけで。
      再利用前提なら、単段式の方が有利なのは当然。
      (1回きりの使い捨てなら、2段式の方が軽くなるから有利とも書かれているし)

      そもそも、月面から月周回軌道へ上がるのは、地球上から衛星軌道に上がるよりずっと楽なわけですよ。
      あんなに小さいアポロ月着陸船の上昇段ですら、苦もなく司令船・機械船とランデブーできたわけだし。

    • by Anonymous Coward
      とはいっても
      例えば液酸+ケロシンの多段式が最善!ってんなら、水素のがいいよとかもっと単純化しようととか改善点いくらでも出てくるだろうけど
      液酸液水でオケって結論をさらに改善しようとすると、水より効率のよい推進剤発見するところから始めなきゃならんわけで
      いきなり物理学の常識に挑戦する話になっちゃうのさ
      • by Anonymous Coward

        まあ大気圏外のみで運用するなら、液酸液水の大体積=密度の低さは、大気圏内程不利には働かない(構造材は多少質量増となる)。

    • by Anonymous Coward

      スペースシャトルは妥協の産物だったそうだよ。

      空軍と共用するために、空軍による要求が沢山入って、その結果最適とはほど遠いものになってるとか。
      具体的には発射後1周だけして発射基地に帰還できる性能要求があって、そのため翼が無駄に大きくなった(大気圏中で空力機動で着陸点変えるので)とか。だったと思ったな。
      軍用シャトルの計画があったんだよね。ソビエトとの戦争用だった。
      しかもその性能、結局使うことが無かったとか…。
      多分他にも色々不合理がある。SRBだって妥協の産物だし。

    • by Anonymous Coward

      (現時点っていつを指すのだろう。計画時点で不可能な技術を提示されても困るし

  • by Anonymous Coward on 2021年03月24日 14時49分 (#4000209)

    水素も酸素も冷やしておかないとどんどん気化してなくなっちゃう
    太陽電池で発電して、電動の冷凍機で冷やすのかな?

    • by Anonymous Coward

      宇宙だと水も気化してしまうので、それでなくなるようならどうしようもないし、余計な心配では?

      • by Anonymous Coward

        極論化したら金属でもなくなるわけで、問題にしているのは難易度だと思うぞ。

    • by Anonymous Coward

      月面だから日陰にしとけば十分なのでは?
      真空断熱で極寒だと思うけど。

      冷却も、ラジエーターで放射冷却すりゃ十分冷えそうだけどな。

      • by Anonymous Coward

        冷却コストは低緯度地方でも真昼間=一月のうち建物周りに影があまりできない何日かが高いだけ、と?

        #その間使う冷却装置はどうやって放熱するのだろう?煙突の底に輻射式ストーブ?蓄熱?

  • by Anonymous Coward on 2021年03月24日 15時16分 (#4000234)

    ジュールベルヌ「知ってた」

    • by Anonymous Coward

      ベルヌなら、大砲打ち上げじゃないかな。
      火薬ではなく、太陽光発電で補給できる電磁カタパルトだろうけど。

  • by Anonymous Coward on 2021年03月24日 15時34分 (#4000253)

    宇宙空間で燃焼させたら戻ってこないじゃん

  • by Anonymous Coward on 2021年03月24日 15時34分 (#4000254)

    これやったのLE-5だけじゃねーかな。ヒドラジン使えば確実だから、わざわざやりたがることは普通はない。
    そこいらの信頼性も含めて「これからのお話」なんだろうな。

    • by Anonymous Coward

      RL10B-2は真空中じゃなかったん?

    • by Anonymous Coward

      アリアンとかもやってね?
      近地点を地球から離す制御には必須

      もともとアリアンロケットが再点火で近地点を地球から離してるのを、
      日本も真似したのでは?

  • by Anonymous Coward on 2021年03月24日 19時48分 (#4000440)

    地球の 1/6 の重力だと、現在の材料で建設できる?

    • by Anonymous Coward

      そんなん作っても採算が合うとは、とても思えない

    • by Anonymous Coward

      月は自転が遅いからつらいぞ

      • その上脱出速度が低く大気による減速もないから、
        十分な電力さえ得られれば斜面に沿ってレールを引いて、リニアモーターで加速して低い角度で放り出す「月は無慈悲な夜の女王」方式の方が現実的かもな

        --
        うじゃうじゃ
        親コメント
        • by Anonymous Coward

          月の自転方向+公転方向にあまり射出し過ぎると、月の自転角速度が下がって、潮汐ロックが効かなくなるかも。

          • by Anonymous Coward

            両方向作って交代で使えばいい
            # 自由度がないなぁ

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