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Q.5 どうして人工衛星は落ちてこないの？

础.実は落ち続けています

回答者／小泉宏之
KOIZUMI Hiroyuki
准教授

宇宙推进工学

障害物がなければ飞び続ける

人工卫星は、落ち続けながら地球の周りを猛スピードで回っています。一番のポイントは障害物があるかないか。邪魔するものが何もなければ、动き続けることができるのです。例えば、日本からブラジルまで穴を掘って真空のトンネルをつくり、そこにボールを落とすと、障害物がないのでスピードを上げながら落ち続け、最后は地球の真ん中まで行きます。しかし、そこでは止まる要因がないため、势いでブラジル侧に进み続けます。重力によってブレーキが掛けられブラジルの地表まで着くと减速して止まります。そして再び中心に向かって落ちていき、行ったり来たりを繰り返します。人工卫星も同じように落ち続けているのです。

では、なぜ地上に落ちてこないのでしょうか。それは、人工卫星が地球の水平方向に速度を持っているから。もし速度を持たない人工卫星を宇宙にポンと置いたら、ズドンと地上に落ちてきます。しかし、人工卫星を障害物がない高さまで打ち上げ、横方向にスピードを持たせながら押し出すことで、下方向には落ちずに地球の周りを回っていきます。

つまり必須要件は、障害物に当たらない軌道を描けるように速さと高さを工夫するということ。国際宇宙ステーション（ISS）など、高度400kmあたりの地球に近い軌道を回る宇宙機の場合、秒速8km弱くらいの速さが必要です。これはフルマラソンを5秒くらいで完走するスピードです。高度400kmくらいではまだわずかに大気があり、その抵抗を受けて人工衛星は次第に地球に落ちてしまうため、時折エンジンを噴かせて軌道を調整しています。地球から遠ければ遠いほど大気が薄くなるため、例えば高度1,000 kmくらいだと放っておいても、1,000年くらいは落ちてきません。

推进剤に水を使ったエンジンに注目

この人工卫星に不可欠なのが、私が研究しているエンジンです。物を加速するためには、必ず何かを押しています。例えば歩くときは地面を、飞行机は空気を押して加速します。この押す装置がエンジン。宇宙には周りに押すものが何もないため、ロケットエンジンを使って加速します。エンジンにもさまざまな种类がありますが、私が注目しているのは推进剤に水を使ったエンジンです。一番シンプルなものは、液体の水を水蒸気にすると広がっていくので、それを押し出す力として使う方法。もう一つは、はやぶさにも使われたイオンエンジンで、水蒸気をイオン化させプラズマという状态にして、そこに电圧をかけ押し出すタイプです。

水の利点は、取り扱いが容易で简単に调达できるということ。近年はさまざまな公司が宇宙产业に进出していますが、それらの新しいプレイヤーたちにとっても毒性がない水を使うことの利点は大きいと考えています。水は月や火星などでも确认されているので、宇宙で调达することができるようになるかもしれません。気軽に个人で卫星を持つことができ、探索机も飞ばせるし、宇宙にも行ける&丑别濒濒颈辫;&丑别濒濒颈辫;。厂贵のような世界ですが、そのような未来に思いを驰せています。