[ミリタリーSF]宇宙空間におけるモビルスーツの機動性能 作：行言一朗
この宇宙空間におけるモビルスーツの機動性能を、噴射速度、質量比、加速度、攻撃プロファイルから考察します。
※作者本人による外部ブログからのテキスト転載、改稿・マルチポスト作品です。
「宇宙機動兵器モビルスーツ」
[構成]
宇宙空間における最大速度を決めるもの
ミノフスキーの世界でツィオルコフスキーを叫ぶ
質量比
噴射速度
噴射速度と質量比から決まる最終速度
最終速度を加速度運動の継続時間で見る
モビルスーツの攻撃プロファイル
宇宙空間におけるモビルスーツの戦闘機動性能
[宇宙空間における最大速度を決めるもの]
宇宙空間は真空なので速度を上げても地球上のように速度の二乗に比例する抗力（抵抗）は発生しません。
地球上では抗力と推進力が釣り合う速度が最大速度になります。
抗力が無い宇宙では、何が最大速度を決めるのか？
[ミノフスキーの世界でツィオルコフスキーを叫ぶ]
ロケット工学に「ツィオルコフスキーの公式」があります。
ｖ＝ｗ･ln(m0/mt)
ｖ：ｔ秒後の到達速度
ｗ：推進材の噴射速度
m0：初期質量
ｍt：噴射ｔ秒後の質量
m0/mt：質量比
ln：自然対数
噴射後の到達速度＝噴射速度･ln(質量比)
質量比＝初期質量/噴射後の質量
この式が示すよう、噴射ｔ秒後の到達速度ｖは、噴射速度ｗと質量比(m0/mt)の二つで決まりす。
直線で加速し、すべての推進剤を噴出し終わった時の速度がその機体性能の最大速度になります。
※テキストでは、この最大速度を「航空宇宙軍」に倣い「最終速度」と記述します。
[質量比]
最大速度＝噴射速度･ln(「質量比」)
この中でヤヤコシイのが、”ｌｎ”自然対数。
具体的な数値例は以下になります。
初期質量の20％を噴射 質量比＝1/0.8＝1.25 ln(1.25)=0.22 最終速度は噴射速度の0.22倍
初期質量の50％を噴射 質量比＝1/0.5＝2 ln(2)=0.69 最終速度は噴射速度の0.69倍
ステルスから機内に8,200kgの燃料を搭載するF-22は最大離陸重量38,000kgなので、燃料は初期質量の21.6％、これを質量比に当てはめると、
F-22質量比＝38,000/(38,000-8,200)=1.27 ln(1.27)=0.24
ここで、
初期質量の63.212…％を噴射、質量比＝2.718… にすると、ln(2.718)=1
最終速度は噴射速度の1倍になります。
質量比2.718…（自然対数の底ｅ）以上では、最終速度は噴射速度以上になります。
これが、月へ行く手段が大砲（燃焼火薬の膨張速度が砲弾速度の上限になる）ではなく、ロケットになる理由です。
[噴射速度]
最終速度＝「噴射速度」･ln(質量比)
次は噴射速度です。ガンダムの世界での推進は熱核ロケット、核融合炉で発生した熱で推進剤を高温高圧にし噴射させます。
この噴射速度は？
実在、理論上の各種ロケットの噴射速度
・化学燃料ロケット：約３km/秒～4.5km/秒
→液体酸素と液体水素、ケロシンを燃焼。
V2ロケットは馬鈴薯から精製したアルコール。
・熱核ロケット（分裂）：約7.5km/秒～9km/秒
→熱核分裂炉の熱で液体水素を加熱・膨張させ
ノズルから噴射。NASAが計画をしている。
ここまでは、実存、現在のテクノロジーで実現が可能なもの。
次からは、未来のテクノロジー、未来のスーパーテクノロジーです。
・熱核ロケット（融合）：約10km/秒～50km/秒
→熱核融合炉の熱で液体水素を加熱・膨張させ
ノズルから噴射。
・熱核融合ロケット：約100km/秒～1,000＋km/秒
→核融合炉で生成されたプラズマを
磁気ノズルで加速し噴射。
未来の噴射速度は、大きな幅を持ちます。
ゆえに、創造の入る余地があります。
[噴射速度と質量比から決まる最終速度]
「最終速度」＝噴射速度･ln(質量比)
化学燃料ロケットは、噴射速度約３km/秒～4.5km/秒で第一宇宙速度7.9km/秒に到達（地上発射なので、さらに上乗せが必要）する質量比を多段式で達成しています。
モビルスーツの最終速度を設定します。
※あくまで、このテキストの中で、論を進めるたの、仮の設定です。
熱核ロケット（融合）の噴射速度：10km/秒～50km/秒から
噴射速度「30km/秒」とします。
モビルスーツの推進剤搭載比率は、絵を見ると20％くらいが限度？実は〇〇が〇〇で50％が可能！から
「30％」とし、質量比＝1/0.7＝「1.428」、ln(1.428)=「0.356」
この噴出速度と質量比からモビルスーツの最終速度は、
「30km/秒」･「0.356」＝「10.7km/秒」の設定とします。
この速度は宇宙世紀において過大なのか過少なのか？
演出次第ですね。
[最終速度を加速度運動の継続時間で見る]
最終速度を加速度運動で見ていきます。この速度に達するには何Gで何秒掛かるのか？
別の言い方にするなら、この最終速度に到達できるエンジン、推進剤を搭載する機体は何Ｇの加速度運動を何秒継続できるか？です。
これを「加速継続時間」とします。
設定したモビルスーツの最終速度10.7km/秒に達する加速継続時間は、
1Ｇなら18分、10Ｇなら1分50秒、この時間で全ての推進剤を使い果たします。
[モビルスーツの攻撃プロファイル]
通常、対抗する彼我の部隊は隣接していなく距離を取って対峙しています。
交戦するには、敵勢力圏へ進入し、交戦可能距離で戦闘、戦闘後、味方勢力圏へ帰投する一連の手順（シーケンス）が存在します。
この手順を加速運動で整理すると、
進攻フェーズ
シーケンス：発進 巡行（慣性移動） 接敵
加速運動 ：加速 加減速無し 減速
交戦フェーズ
シーケンス：交戦
加速運動 ：戦闘機動：占位/射撃/格闘/回避
帰投フェイズ
シーケンス：離脱 巡行（慣性移動） 帰投
加速運動 ：加速 加減速無し 減速
各シーケンスに、限られたリソースの推進剤（機体性能のトータルの加速継続時間）を割り振ります。
どのように？、こんな感じで。
敵艦隊への進攻巡行に機体性能の10％（加速5％、減速5％）を使用
帰投巡行も10％（加速5％、減速5％）
巡行速度は最終速度の5％になります。
予備（リザーブ）に10%
残り70％の加速継続時間を戦闘に使用すると設定。
これは、高速パス（一撃離脱）とは対極の交戦時の機動性能、戦闘継続時間を重視した攻撃プロファイルです。
[宇宙空間におけるモビルスーツの戦闘機動性能]
機体性能の最終速度に到達するトータルの加速継続時間の内70％を戦闘に使用する場合、その加速継続時間がモビルスーツの戦闘機動性能になります。
最終速度「10.7km/秒」
戦闘機動「機体性能の70％の加速継続時間を使用」設定の場合、
最終速度の5％、535m/秒（マッハ1.6）で巡行します。
巡行速度に達するまでの加速が1Gで55秒、5Gで11秒間。
絵になるか？
戦闘では、10G機動を76秒継続でき、5G機動で2.5分、1G機動なら13分継続できます。
実際の戦闘機の攻撃プロファイルは、F-4時代で交戦時間5～15分、現在の「戦闘規程」なら2分〜5分です。
戦闘時の機動のイメージは近いものになります。
空気の揚力を利用できる大気圏内航空機と、すべてが自前の推進剤で支払いをしなければならない航宙機が同じ戦闘機動になる。
これは、加速継続時間の70％を戦闘に投入する恣意的なプロファイル
理想、空想的の熱核ロケット（融合）の噴射速度
機体のどこに推進剤が？の質量比の設定によるものです。
今回の私の設定では、
「モビルスーツは宇宙空間において、延々と高Ｇ機動をすることはできないが
高Ｇ機動が極度に限定され瞬発的な使用のみになるものではない。」
になります。
以下の解説図
図１．噴射速度と最終速度および推進剤搭載比率（質量比）との関係
／「モビルスーツの最終速度」設定
図２．最終速度と加速継続時間および加速度との関係
／「モビルスーツの加速性能」設定
図３．モビルスーツ「ザク」の対艦攻撃プロファイルの設定
図４.「宇宙空間におけるモビルスーツの戦闘機動性能」設定
ホーム（ブログ）「宇宙空間におけるモビルスーツの機動性能」
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