宇宙船は一息で吹き飛ばされるのでしょうか？

天宮1号を一息で吹き飛ばせると言ったら、きっと多くの人が自慢しているのではないかと尋ねるだろう。私のこの息ではA4用紙一枚しか吹き飛ばせませんが、宇宙に到達すれば宇宙船も吹き飛ばせるはずです。

ニュートンの第三法則によれば、物体を動かしたい場合には、その物体に力を加えなければなりません。私たちは足の裏と地面の間の摩擦を頼りに前進します。もし私たちが空中に持ち上げられたら、力を発揮する場所がなくなり、前に進むことができなくなります。では、宇宙船は広大な宇宙空間に打ち上げられた後、どのようにして力を得るのでしょうか?

もともと静止していたロケットがガスの推力に頼って宇宙に打ち上げられることに成功したが、宇宙船の動力源についても同様である。気流を噴射する方法は主に 3 つあります。1 つ目は物理的な方法で、主に圧縮ガスジェットを使用して推進します。構造はシンプルですが、効率は低いです。 2つ目は化学方式で、化学燃料を噴射して急速に膨張するガスを燃焼させることで推力を発生させます。非常に丈夫ですが、かさばります。 3 番目のタイプは電気推進であり、ホール推進が最も一般的です。イオンの流れを高速で噴出させて反力を発生させ、宇宙船を推進します。質問は、イオンは電荷を帯びた原子であるということです。ミクロの世界のイオンはマクロの世界の宇宙船を推進できるのでしょうか?このイオンの流れは強力でしょうか？

ホール推進の欠点は推力が小さいことです。どれくらい小さいですか？天宮宇宙ステーションに設置されたホールスラスタの出力推力はそれぞれわずか80ミリニュートンです。これは紙一枚を押し込むだけと言っても過言ではありません！しかし、宇宙には基本的に抵抗がないことを忘れないでください。 80ミリニュートンはわずかな力だが、数百トンの重さの宇宙ステーションを動かすには十分である。つまり、推力が小さいのは欠点ではあるが、その利点は欠点を上回っている。これは、ホールスラスタが「3つの高」、すなわち高比推力、高速、高エネルギー効率の利点を備えているためです。

比推力は推進剤の単位質量によって生成される推力を表します。馬と同じように、食べる草が少ないほど、走る距離が長くなるほど、比推力は高くなります。同じ重量のスラスタの場合、ホールスラスタは従来のロケットエンジンの 10 倍の推力を生成できます。

ジェット速度は宇宙船の飛行の終端速度に関係します。従来のロケットスラスタの最大噴射速度は毎秒3～4キロメートルですが、ホールスラスタは毎秒10～80キロメートルに達します。
従来のロケット推進装置は急速に燃焼し、大きな力で奇跡を起こしますが、その効果は長くは続きません。通常は 300 秒から 400 秒しか持続せず、地球から離れるのに十分な時間しかありません。一方、ホールスラスタは数千時間連続して作動することができ、宇宙船の加速を継続できるため、恒星間旅行はもはや夢ではありません。

2022年1月、我が国の最新のホールスラスタが最大推力4.6ニュートンでテストに成功しました。比推力とエネルギー効率は米国が樹立した最高記録を破り、世界トップレベルに達した。今、あなたはそれを信じています、ホールスラスタからの力の「息吹」は宇宙船を吹き飛ばすだけでなく、星の海への私たちの行進へのラッパの音も鳴らします。

（著者は戦略支援部隊航空宇宙工学大学の助教授であり、第9回全国科学普及解説コンテストで2等賞受賞者です）