なぜ、飛行機は宇宙を飛ぶことができないのか?

2017年12月14日

いつも私たちが利用している飛行機で宇宙まで行き、宇宙から青い地球や360度広がる満点の星空が見られたらいいのに。おそらく誰もが、このような願いを一度や二度は抱いたことがあるでしょう。

しかし、実際には、宇宙までの距離(高さ)が約100kmであるのに対して、民間の飛行機で行けるのは、最高で高度13kmまでです。残念ながら、私たちは、最新の飛行技術をもってしても、宇宙までの半分どころか、1/4にも満たない高さまでしか、飛行機を飛ばすことはできません。

戦闘機でも最高高度が約38km(ちなみに、戦闘機ではありませんが、アメリカで開発された極超音速実験機は、高度107,960mの最高到達記録をもちます)であることを考えても、まだまだです。

それでは、日々進化し続けている飛行技術をもってしても、なぜ人類は、未だに飛行機を宇宙に飛ばせないのかについて、ここでは、その理由を、高高度の大気の状態や重力の影響をもとに分かりやすく紹介します。

重力の問題

実は、飛行機の宇宙への到達を妨げている問題の一部は、地球の重力にあります。宇宙に到達するためには、この重力から逃れる必要があるのです。

それには、最低でも時速約40426km(マッハ33)のスピードが求められます。

しかし、最新の飛行機の世界記録でさえ時速約8208km(マッハ6.7)。飛行機が宇宙に到達するには、スピードの壁が大きく立ちはだかっていることが分かります。

さらに、重力だけではなく、地球を取り巻く大気にも問題があります。

大気の問題

空気は、飛行機が飛ぶためには、なくてはならないもののひとつです。

しかし、飛行機が上昇するにつれて、空気はどんどん薄くなってしまうため、それによって、二つの大きな問題が引き起こされていきます。

空気の密度や酸素が減ることによる影響

一つ目は、飛行機が空中にとどまるために必要な空気分子(空気の粒)が少なくなることです。

飛行機を飛ばす力には、翼周辺の空気の密度や流れ、空気が翼に当たる速度などが密接に関わっています。

一般的に、高度が高くなると、大気圧は下がり、空気が薄くなっていきます。空気が薄くなるとは、空気の密度が減少して、飛行を左右する翼周辺の空気分子が少なくなることを意味するため、必然的に飛行機が浮き上がる力を維持することが難しくなります。

そして、もう一つの問題は、エンジンに動力を与える可燃性燃料である「酸素」が少なくなることです。

飛行機は、空気中の酸素を取り込んで、燃料となるガソリンと混ぜ合わせて動力源として活用しているため、高度が上がるにつれて、必要な燃料が得られにくくなっていきます。

それでは、以上のことを前提として、飛行機は実際にどれくらいの高さまで飛ぶことができるのでしょうか?

飛行機が飛べる高度とは?

基本的に、飛行機が飛べる高度は、気温や湿度などの飛行条件によって異なりますが、民間航空機は、45,000フィート(13716m)を超えて飛行することはありません。

しかし、歴代のパイロットの中には飛行機の能力を極限まで押し上げた人もいます。

1977年、ソビエトのテストパイロットであったアレクサンドル・フェドトフ(alexandr fedotov)氏は、高度123,532フィート(37650m)の飛行に成功しました。

これは、地上発射型の航空機が到達した最高の記録(高高度飛行記録)です。しかし、このフェドトフの記録でさえ、宇宙までの距離のわずか1/3までしか達成できませんでした。

2004年には、スペースシップワン(SpaceShipOne)と呼ばれる航空機が、民間では世界で初めて高度367,500フィート(112014m)の飛行に成功しました。これは、高度100km以上からと考えられている宇宙空間への到達を意味します。

しかし、スペースシップワンには、ロケットエンジンが搭載され、打ち上げ前に、あらかじめホワイトナイト(運搬用航空機)によって、高度43,500フィート(13.3 km)まで運搬されてから打ち上げられたものなので、民間による有人宇宙飛行としては名誉ある第一歩といえますが、一般的な(宇宙飛行士が乗った)ロケットに比べると、やはり効率的には劣ってしまうようです。