ロバート・ゴダードのロケット：初飛行から100年

歴史を書き換えた2秒半

1926年3月16日、マサチューセッツ州オーバーンの叔母の農場の雪に覆われた畑で、ロバート・ハッチングス・ゴダードはliquid oxygenとガソリンで推進されるロケットに点火し、灰色の冬の空に上昇するのを見守った。ロケットは184フィート飛行し、高度41フィートに達し、発射後2.5秒でキャベツ畑に落下した。飛行はほぼ開始と同時に終わった。しかし、その結果は今なお続いている。

100年後、ゴダードの2.5秒間の飛行は人類の工学史において最も重要な実証の一つとなっている。液体推進剤ロケットが機能することの概念実証であり、大気圏外での制御飛行が達成可能であることの証明であり、限定的なリソースと制度的懐疑論に直面した孤独な発明家が、最終的には人類を月に、科学機器を外惑星に届ける技術的基礎を確立できることの証拠である。

この100周年は、ゴダードが発明したロケット産業がかつてないほど活発な時代に到来した。SpaceXは一度に数十個のStarlink衛星を打ち上げている。Blue Originと複数の大陸のロケットスタートアップが新型ロケットを開発している。Artemisプログラムは人類を月へ向かわせている。火星と小惑星帯への探査機が打ち上げられている。100年前にマサチューセッツの畑に立ち、導火線に火をつけた43歳の物理学者のその瞬間と、これらすべてとの関連は直接的であり、文書化されており、深刻である。

1926年3月16日の実験

その冬の朝、ゴダードが打ち上げたロケットは、その後の基準からすると優雅ではなかった。燃料タンクとliquid oxygenタンクは機体の下部に、combustion chamberとノズルは上部にあった。この配置により、重いエンジン質量が重心より上に置かれ、ロケットは本質的に不安定になった。ゴダード自身がこれを認識し、後の設計ではエンジンを下部に移すことでこれを改善した。機体の高さは10フィート、空っぽの重さは10ポンドで、製造に数年要していた。

liquid oxygenとliquid gasolineの推進剤組み合わせは実用的な理由で選ばれた。両者は入手可能であり、liquid oxygenは大気がない状態でのcombustionに必要な酸化剤を供給し、ガソリンはデモンストレーション機体に適切なエネルギー密度を持っていた。ゴダードが設計した、制御された条件下でこれらの推進剤をcombustion chamberに供給するポンプと給油システムは、彼の最も重要な技術的貢献の一つであった。cryogenic液体と可燃液体の流れを確実かつ制御可能な方法で管理することは、システムを機能させるために解決する必要があった主要な工学問題の一つであった。

飛行自体は非常に短時間で終わったため、観察者はその重要性を疑うかもしれなかった。しかし、Smithsonianに現存するゴダード自身がその日につけた記録は、科学者らしい控えめな正確さで記録されている。時間、使用された推進剤、継続時間、移動距離。彼はこれが何を意味するかを知っていた。彼はliquid-propellant rocketが飛行できること、確実に点火できること、そして数年の研究を通じて開発した理論的枠組みが物理的に正しいことを証明していた。

ゴダードのロケット技術への長い道のり

ロバート・ゴダードは不十分な準備でこの歴史的な打ち上げに到達したわけではなかった。彼はティーンエイジャーの頃からロケットについて考え始め、H.G. Wellsの『War of the Worlds』に触発されて、Clark Universityの物理学学生、その後教授として、ロケット推進の本格的な科学研究を開始した。1910年代の彼の理論論文は、ロケット推進の基本原理を確立した。ロケットが月に到達できるという有名だが議論の余地のある提案を含む。これらは科学的関心と大衆的な嘲笑を同程度に呼び起こした。

1920年のNew York Timesの社説からの嘲笑は、ロケットが推進のために空気が必要であるという誤った主張をしてロケットが月に到達できる可能性を否定した。これはゴダードを傷つけ、彼の研究に対する激しい秘密主義の傾向を強化した。彼は主に孤立して仕事をし、結果を公表する前に発明を特許取得し、自分の仕事を真剣に受け止める少数の研究者コミュニティと慎重に進捗を共有していた。タイムズは1969年7月に訂正を掲載した。Apollo 11が月へ向けて打ち上げられた翌日のことである。

ゴダードは1920年代から1930年代を通じて、ますます洗練されたロケットを開発し続けた。より高い高度を達成し、gyroscopic guidanceシステムを開発し、制御飛行の工学問題を一つずつ解決していった。Charles Lindberghとフィランソロピスト Daniel Guggenheimからの重要な支援を受けた。これにより、彼はNew MexicoのRoswellに業務を移すことができた。平坦な地形と疎な人口がより野心的な機体のテストに適していたからである。

1世紀の進化

1926年のゴダードの41フィートのapogeeから、250マイル上空で地球を周回するInternational Space Stationまで、そしてheliopaused interstellar spaceを旅するVoyager 1まで、1世紀でliquid-fueled rocketが移動した距離は、物理的なだけでなく概念的である。ゴダードの基本的な洞察――制御され、持続した化学combustionが地球の重力を克服し、軌道および脱出速度に達するのに十分なthrustを生成できる――は、彼が想像できなかったスケールで実装されている。これは1世紀にわたる蓄積された工学知識に基づいた精巧さである。

RS-25 Space Shuttle Main EngineであれSpaceXのMerlinであれVulcan Centaurを駆動するBE-4であれ、現代のliquid-fueled rocket engineは、100年前にゴダードが計算で扱った同じthermodynamic原理に従って動作する。Thrust、specific impulse、mass ratio、exhaust velocity――方程式は変わっていない。変わったのは、これらの方程式を実現するシステムを製造、テスト、運用する人間の能力であり、宇宙への日常的なアクセスが英雄的なものではなく達成可能なものになるスケールと信頼性を備えている。

新しい宇宙時代におけるゴダードのレガシー

現在のロケット開発の復興は、衛星インターネット星座からMars colonizationまで様々な野望を持つ民間企業によって推進されている。ゴダードはその規模と速度に驚くかもしれないが、その基本的な性質には驚かないだろう。彼はキャリアの初期段階から、ロケットが何をできるかの限界は物理学ではなく工学の野心とリソースによって設定されることを理解していた。彼自身の野心は惑星間旅行にまで及んでいた。それは生涯にわたって非公開のまま残された著作に記録されている。彼は月についての彼の提案が受けた嘲笑を恐れていたからである。

マサチューセッツでのその2.5秒の飛行の100周年に、ゴダードが先駆けたロケットは毎週打ち上げられている。遠い天体に科学機器を運び、軌道上に商業インフラを構築し、複数惑星文明となる可能性がある最初のステップを踏んでいる。彼の最初の機体が着陸したオーバーンのキャベツ畑は今や歴史的なマーカーである。彼が設定した軌道は今なお上昇を続けている。

この記事はSpace.comのレポートに基づいている。元の記事を読む。