ブースター

ブースターとは

ブースターとは、エンジンなどの推力を一時的に増強する機構や装置のことで、特にロケットや航空機などの発射・離陸時に用いられます。宇宙機を打ち上げるロケットでは、主エンジンを補助し、大きな推力を得るために使用される補助ロケットを指すことが多く、「補助ロケット」と呼ばれることもあります。

ロケットにおけるブースター

ロケットの打ち上げ時、特に離床直後の垂直上昇段階では、非常に大きな推力が必要です。ブースターは、この段階で主エンジンの推力を補い、ロケットを加速させます。多段式ロケットにおいては、ブースターは第0段とみなされることもあります。特に、液体燃料エンジンを主エンジンとする場合、推力が不足しがちであるため、ブースターの役割は非常に重要です。初期のスペースシャトルのように、主エンジン自体は高性能だが推力が小さく、ブースターなしには離床できないケースもあります。

ブースターには、固体燃料ロケットと液体燃料ロケットの2種類があります。固体燃料ロケットブースターは、構造が簡単で取り扱いやすいため、広く用いられています。一方、液体燃料ロケットブースターは、推力の調整が可能で、緊急時には停止できるという利点があります。スペースシャトルでは、固体燃料ロケットブースターが採用されましたが、有人ロケットでは安全性の観点から、液体燃料ロケットブースターの採用も検討されました。

ブースターは、ペイロード（積荷）の状態に合わせて、使用する数や種類が調整されます。主エンジンの周りに取り付けられることから、「ストラップ・オン・ブースター（SOB）」とも呼ばれます。使用後は切り離されて投棄されることが多いですが、再利用される場合もあります。

固体燃料ブースター

固体燃料ブースターは、固体燃料ロケットを使用します。構造がシンプルで、取り扱いが容易なため、ロケット打ち上げによく用いられます。しかし、一度点火すると推力を調整することが難しいという欠点があります。

液体燃料ブースター

液体燃料ブースターは、液体燃料ロケットを使用します。固体燃料ブースターとは異なり、推力の調整が可能で、必要に応じて停止させることもできます。この特性は、特に有人宇宙船に使用する際に、安全性を高める上で重要な要素となります。スペースシャトル計画では、初期段階で液体燃料ブースターが検討されましたが、開発費用や既存の固体燃料ブースターの改良により、最終的に固体燃料ブースターが採用されました。

打ち上げ機以外でのブースター

ブースターは、ロケットの打ち上げ以外にも、様々な用途で利用されています。

JATO（ジェットアシスト離陸）

航空機が短い滑走距離で離陸するために、ブースターを使用する装置をJATOと呼びます。特に、ロケットエンジンを使用するものはRATOと呼ばれることもあります。

ミサイル

ミサイルでは、初期加速用のエンジンとしてブースターが使用されます。ラムジェットエンジンを搭載したミサイルでは、ラムジェットエンジンが動作可能な速度まで加速するためにブースターが不可欠です。ブースターは、ミサイルが空力制御を行うために必要な速度まで加速する役割も担います。

ブースターに対して、巡航用のエンジンは「サスティナー」と呼ばれます。多くのミサイルでは、ブースター燃焼後に切り離され、サスティナーが動作します。ミサイルの形状や打ち上げ方法によっては、ブースターをミサイルの側面に装着する「ストラップ・オン」形式も用いられます。また、ブースターとサスティナーの燃焼を同時に開始する設計もあります。

近年では、可動ノズルによる推力偏向制御を採用し、空力制御とブースターを廃して全長を短くしたミサイルも開発されています。また、固体ロケットとラムジェットを統合した統合ラムジェットエンジンでは、固体ロケットエンジンの燃焼室を、燃焼後にラムジェットエンジンの燃焼室として使用することで、設計をコンパクトにしています。

まとめ

ブースターは、ロケットや航空機などの推進力を補助する重要な装置です。ロケット打ち上げ時の補助ロケットから、航空機の離陸を補助するJATO、ミサイルの加速エンジンまで、様々な用途で利用されています。ブースターの種類や設計は、用途や目的に応じて最適化されています。

参考文献

[出典元1]
[出典元2]

関連項目

モジュラーロケット
ツィオルコフスキーの公式

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