宇宙に行くには、地球の引力から離脱するための初速が必要で、その初速は第二宇宙速度と呼ばれる11.2km/s であることを昨日の日記で説明しました。そして、ジェット機で第二宇宙速度を得ることは現在の技術水準では不可能であるため、ジェット機で宇宙に行くことは出来ません。そこで、今日は何故ジェット機では第二宇宙速度を得ることは出来かを説明してみたいと思います。
これまでのジェット機の速度の世界新記録は昨年11月にNASAの無人ジェット実験機「X-43A」が出したマッハ9.6です。この速度は第二宇宙速度の33マッハの 1/3 程度でしかありません。ナチスドイツは目的こそ宇宙に飛ばすのではなく現在のミサイルに相当するロケットの開発を1920年代に既に始めており、1942年10月3日に人類として初めて人工物体を宇宙に飛ばすことに成功したとの説が有りますが、その最高速度が第二宇宙速度には程遠い 5,500km/h と記載されておりますので疑わしいようです。（上の写真参照）
公式にはソ連のスプートニク1号が最初の宇宙到達ロケットとされております。
ただ、このロケットは、後にロンドン空襲に使われた「V-2」のモデルになった「A-4」で、全長14m 最大直径1.7m 自重4t 液体酸素とアルコールの液体燃料を採用しておりました。このロケットを米ソがそれぞれ自国に持ち帰り、これが基になって1957年にソ連で世界最初の人工衛星スプートニク1号、1958年に米国で世界最初の能動型通信衛星エクスプローラー1号となり、現在のスペースシャトルに受け継がれていったのでした。
ロケットエンジンは燃料をシリンダの中で爆発的に燃焼させて一気にノズルから噴射させて、その反動による推力で進みます。これに対して、ジェットエンジンは、空気をコンプレッサーで圧縮してシリンダで加熱しタービンで膨張させ高温ガスを噴射しその反動による推力で進みます。この際、タービンの回転でコンプレッサーを回しております。
ロケットエンジンは直接、燃焼ガスを噴射させているのに対し、ジェットエンジンはタービンをまわすことで間接的に燃焼ガスを噴射させている点でまず異なります。この場合、爆発的に燃焼する燃料を使った場合は、直接噴射のロケットエンジンの方が効率は落ちますが推力はジェットエンジンに較べて大きくなります。推力は燃焼ガスの温度が高いほど、また燃焼時の膨張率が高いほど大きくなりますので、スペースシャトルに使われる燃料の液体水素はジェットエンジンに使われるケロシンよりいずれも優っており、スペースシャトルに搭載されているロケットエンジンは、同じスケールのジェットエンジンに較べて、数倍から十数倍の推力が得られて、第二宇宙速度を達成できるわけです。
また、スペースシャトルでは水素を圧縮して液体にするとともに、酸化剤として液体酸素も同時に外部燃料タンク内に積み込んでおりますので、空気の無い宇宙でも水素を燃焼させることが出来るの対し、ジェットエンジンでは高度3万m（U-2偵察機の2.7万mがこれまでの最高記録）までが限界です。これもジェットエンジンでは宇宙に行けない理由のひとつとなっております。以上の理由で、ジェットエンジンは低空での補助エンジンにはなり得ても、スペースシャトルの主エンジンにはなり得ないわけです。