世界フロンティア技術開発報告書2023 「世界航空宇宙技術開発報告書」 (3) ロケット技術

データの出典：「World Frontier Technology Development Report 2023」およびインターネット

1。概要

2022年、主要国は計186回の宇宙打ち上げミッションを実施し、2021年に記録した146回の打ち上げ数の史上最多記録を更新した。このうち、米国が87回、中国が64回、ロシアが22回、欧州とインドが各5回、イラン、韓国、日本が各1回の打ち上げを行った。そのうち7回の打ち上げミッションは、主に新しく開発されたロケットの試験飛行ミッション中に失敗した。米国で実施された宇宙打ち上げミッションのうち、スペースXは独占的に61回を完了しており、そのうち60回は「ファルコン」-9ロケットによって完了し、1回は「ファルコン・ヘビー」ロケットによって完了した。

2. 使い捨てキャリア

2.1 米国ヴァージン・オービット社の「キャリア・ワン」ロケットは2回の空中発射ミッションに成功

2022年1月、ヴァージン・オービットの空中発射小型ロケット「キャリア・ワン」が4回目の打ち上げのため、ボーイング747型機によって高高度まで運ばれた。今回の打ち上げでは、これまでの3回の打ち上げに比べ、ロケットの着地点が西海岸南西の太平洋に変更され、ロケットが45度の傾きで衛星を軌道に送り込むことが可能となり、打ち上げ効率が向上した。この打ち上げミッションでは、米国国防総省の「宇宙試験プログラム」-27VPB (STP-27VPB) 衛星 4 機とポーランド衛星革命社 (SatRevolution) の STORK 星座地球観測衛星 2 機を含む 7 機の 3U キューブサットを地球低軌道に送り込みます。スパイア・グローバル社が軌道上のデブリ環境を観察するために使用しているキューブサット。

2.2 アメリカン・ファイアフライ・エアロスペース社の「アルファ」ロケットが初めて打ち上げに成功

2022 年 10 月、American Firefly Aerospace Company の「Alfa」ロケットが初めて打ち上げに成功し、以下を含む 3 つの衛星ペイロードを軌道に送りました。 Serenity、TIS-Serenity) 教育用 CubeSat、TechEdSat-15 (TES-15) キューブサット データ送信を最適化するように設計された NASA 技術デモンストレーション CubeSat、および 5 つの超小型衛星を搭載する PiSat バス」(PicoBus) マルチスター デプロイヤー。

「アルファ」ロケットは、全長29メートル、ロケット本体の直径1.82メートル、離陸質量54トンの液体酸素と灯油の2段式ロケット。これが「アルファ」ロケットの2回目の打ち上げの試みであることは注目に値します。ロケットは2021年9月に最初の打ち上げを試みたが、最大動圧を超えた直後に回転して空中で爆発し失敗した。

2.3 American Rotary Launch Company の弾道加速器が 10 回目の飛行試験を完了

2022年10月、アメリカのスピンローンチ準軌道加速器は10回目の飛行試験を完了した。このテストでは、ロータリー・ローンチのパートナーの標準衛星コンポーネントとロータリー・ローンチ・システムとの固有の互換性が検証され、飛行データが提供され、すべてのペイロードの飛行と回収が正常に完了しました。準軌道加速器から打ち上げられる動力のない宇宙船プロトタイプには 6 つのペイロードが搭載されており、そのうち 4 つはロータリー・ローンチのパートナー (NASA、エアバス、コーネル・エンジニアリング、アウトポストを含む) からのもので、残りの 2 つはロータリー・ローンチ会社の測定機器です。

2.4 ロスコスモス、RD-171MVエンジンの点火試験を完了

2022年8月、ロスコスモスの子会社であるアカデミアン・グルシュコ発電機械製造研究生産複合体（NPOエネルゴマシュ）は、ソユーズ5号ロケットの点火試験用のRD-171MVエンジンシリーズを正常に完成させた。同社社長のイーゴリ・アルブゾフ氏は、RD-171MVエンジン点火テストには、改良されたエンジン制御および事故保護システムのテストだけでなく、リンケージやそのコンポーネントなどのエンジン関連資産のさまざまな動作条件下でのテストも含まれていたと述べた。このエンジンは、「ナフチル酸素」グリーン混合燃料をベースにしており、推力は最大 806 トンで、世界で最も強力な液体燃料ロケット エンジンです。RD-171MV エンジンはソユーズ 5 ロケットの第 1 段として使用される予定で、2023 年に最初の打ち上げミッションを実行する予定です。

2.5 欧州宇宙機関の「ベガ」-C ロケットは、最初の飛行ミッションを成功裏に遂行した後失敗した

2022 年 7 月、欧州宇宙機関の新しい「ベガ」-C ロケットは 7 つのペイロードを所定の軌道に届けることに成功し、初の飛行ミッションは完全に成功しました。この打ち上げには、イタリア宇宙庁（ASI）が開発した「レーザー相対性理論」-2（LARES-2）衛星と、フランス、イタリア、スロベニアのキューブサット6機を含む、総ペイロード質量約474キログラムが搭載された。欧州宇宙機関によると、「ベガ」-Cロケットは3段の固体ブースターと液体上段からなる4段構成を採用しており、2.3トンのペイロードを地球の上空700キロメートルの極軌道に送ることができる。より強く、より高いパフォーマンスを持ち、より大きな積載量を運ぶことができ、より競争力があります。

２．６ 韓国は「ワールド」キャリアロケットの打ち上げに成功し、世界で７番目に独立した宇宙打ち上げ能力を持つ国となった。

2022年6月、韓国初の自主開発ロケット「ワールド」が180キログラムの人工衛星と4基の立方体衛星を搭載した羅老宇宙センターからの打ち上げに成功し、韓国が自律宇宙打ち上げ能力を持つ世界初の7カ国となった。

「ワールド」ロケットは韓国初の完全自主開発ロケットで、プロジェクト全体の期間は約12年、総投資額は約16億1000万ドルに達した。ロケットは長さ47.2メートル、最大直径3.5メートルで、推進剤は液体酸素ケロシンで、1.5トンのペイロードを太陽同期軌道600～800キロメートルに送ることができる。ロケットは3段ロケットで、第1段目は推力75トンのKRE-075エンジン4基、第2段目は推力75トンのKRE-075エンジン1基、第3段目は推力75トンのKRE-075エンジン1基を使用する。 KRE.-007エンジン、単推力7トン。

2.7 フランス、ドイツ、イタリアが欧州ロケット開発で合意

2022年11月、フランス、ドイツ、イタリアの政府は、欧州打ち上げロケットの競争力強化を目的とした「欧州における打ち上げロケット開発の将来」協定を発表した。この協定では、3カ国がアリアン6やベガCなどの打ち上げロケットの社会資本を吸収するための投資枠組みを2024年6月までに確立し、複数の欧州企業が欧州宇宙機関の打ち上げミッションへの打ち上げロケット入札を認めると規定している。同時に、この協定は、ESAプロジェクトへの各国の貢献分担に基づいて契約を割り当てるESAの「領土返還」原則に違反するものである。この協定の署名は、打ち上げロケット開発のための短期資金を保証し、将来のプロジェクトの長期資金調達方法に影響を与え、ヨーロッパの宇宙への独立したアクセスを保証します。

2.8 中国最大の固体燃料ロケット「麗建1号」が初飛行に成功

2022年7月、中国最大の固体燃料ロケット「麗建1号」が酒泉衛星発射センターで初飛行に成功し、6基の衛星を所定の軌道に送り込んだ。今回搭載された衛星には、新宇宙技術試験衛星、周回大気密度検出試験衛星、低軌道量子鍵配布試験衛星、電磁組立試験二重衛星、宇宙探査・大気探査に使用される南越サイエンススターが含まれる。密度検出およびその他の関連する技術検証およびテストのアプリケーション。

3. 再利用可能なキャリア

3.1 米SpaceX社、「1機のロケットで105個の衛星」単発打ち上げミッションを実施

2022年1月、米国企業スペースXは、フロリダ州ケープカナベラルにある宇宙軍発射場40からファルコン9ロケットを使用して105機の小型衛星の打ち上げに成功し、低コストのペイロード単一打ち上げミッションモデルを加速させた変革により、超小型衛星打ち上げ市場における競争は激化する。

3.2 アメリカ企業スペースXの「ファルコン・ヘビー」ロケットは、複数の軍事衛星を静止軌道に送り込み、初の米国国家安全保障任務を遂行した。

2022年11月、アメリカのスペースX社の「ファルコン・ヘビー」ロケットが、USSF-44ミッションを遂行し、アメリカ宇宙軍の6つの軍事ペイロードを静止軌道に送るため、フロリダ州ケネディ宇宙センターの39A発射場から打ち上げに成功した。

3.3 米国企業スペースX、初の軌道試験飛行に備えて宇宙船「スターシップ」を試験

2022年2月、スペースXの創設者兼最高経営責任者（CEO）イーロン・マスク氏は、超重量ロケットブースターに搭載されるラプターエンジンの数が29基から33基に増加すると発表した。スターシップ宇宙船に搭載されるラプターエンジンの数は6基から33基に増加する。 9. 2022年9月、スペースXは超重量ロケットブースターのエンジン7基の静的着火試験を実施した。2022年11月、スペースXは「スターシップ」の回収と再利用を支援するため、「スターベース」軌道発射・回収タワーの試験を実施した。このタワーには「クイックディスコネクト」(QD) ロケットキャプチャアームが装備されており、超重量ロケットブースターをつかみ、持ち上げ、設置するために使用されます。

3.4 米空軍、世界規模の二地点間輸送技術を検証する「ロケット貨物」プロジェクトを推進

2022年1月、米空軍はスペースXに対し、重量物ロケットを使用して軍用貨物や人道支援物資を世界中に輸送する技術と能力を検証する「ロケット・カーゴ」プロジェクトを実施するための1億200万米ドル相当の契約を結んだ。SpaceXの「ロケットカーゴ」プロジェクトマネージャー、グレッグ・スパジャーズ氏は、この契約は米国政府と企業間のパートナーシップを正式に確立し、プロジェクトで使用される特定の種類のロケットと、貨物輸送に使用されるロケットの特定の要件を明確にするだろうと述べた。具体的な効果、実際のロケット容量、システム全体のコストなど。スページャース氏はまた、米空軍は今後数年間にSapceXが実施する関連商業ミッションを通じてデータを収集すると述べた。

３．５ 米国ロケット研究所は、ロケット再利用計画を進めるため、ヘリコプターを使用して「エレクトロン」第１段ブースターを捕獲する試みを２回行った。

2022年5月、米国ロケット研究所は改良型「シコルスキー」S-92ヘリコプター（S-92ヘリコプター）を使用し、太平洋上での軌道レベルでの打ち上げミッションで初めて「エレクトロン」第1段ブースターの捕捉に成功した。時間です。ヘリコプターがブースターを捕捉してから 20 秒後、荷重が以前のテストとシミュレーションでの荷重範囲を超えたため、ブースターの解放を余儀なくされました。

2022年11月、ロケットラボはエレクトロンロケットの第1段ブースターを空中から捕捉しようと再び試みたが失敗し、ブースターは海に落下した。このミッションの当初の計画は、改良された「シコルスキー」S-92ヘリコプターを使用して、「エレクトロン」ロケットの第1段ブースターのパラシュートを長いロープの端にあるフックを通して地球に引き戻し、ミッションを完了することでした。空中回収作戦。しかし、エレクトロンロケットの第1段ブースターの遠隔測定信号が大気圏再突入中に失われたため、捕獲ミッションは失敗に終わった。

Rocket Lab は、ロケットの第 1 段ブースターの再利用の実現可能性をテストし、Electron ロケットを再利用可能なロケットにして、ロケットの打ち上げ頻度を増やし、打ち上げコストを削減するために、一連の空気捕捉および回収ミッションを実施しています。

3.6 米国の航空宇宙機 X-37B が軌道上で新記録を樹立

2022年11月、米国宇宙軍の無人再使用可能なX-37B「軌道試験機-6、OTV-6」航空宇宙機は、908日間軌道上で運用された後、フロリダに着陸し、ワシントンのケネディ宇宙センターは6回目のミッションを完了した。このミッション中、航空宇宙機は光エネルギーを直流電気エネルギーに変換するなど、数多くの米軍事科学実験を実施し、軌道上で780日というこれまでの記録を破った。

X-37B 航空宇宙機は、打ち上げ重量 4,990 キログラム、高度 240 ～ 805 キロメートルで飛行可能、完全自動軌道外着陸機能を備えており、米国宇宙軍および米国空軍ラピッドの一員です。 Capabilities Office (RCO): 共同運用される再利用可能な無人宇宙船は、現在、完全自律帰還が可能な唯一の宇宙船です。また、ペイロード数を増加できるペイロードアダプターリングを初めて導入し、宇宙材料暴露・技術革新（METIS-2）や長期宇宙繁殖などの実験を実施し、太陽光発電も搭載した。軌道上で太陽エネルギーをマイクロ波に変換し、地球に送信する技術をテストする無線周波数アンテナ モジュール (太陽光発電無線周波数アンテナ モジュール)。

3.7 American Blue Origin Company が BE-4 エンジンのテストを実施

2022年10月、アメリカのブルーオリジン社が開発した大型ロケットエンジン「BE-4（ブルーエンジン4）」が4分半の試験に合格し、すべての部品が実際の打ち上げで生じる圧力に耐えられることを確認し、打ち上げを迎えた。 BE-4エンジンの研究開発作業は新たな段階に入った。BE-4エンジンは、ブルー・オリジン社のニュー・グレン重量物打ち上げロケットに使用されるほか、ユナイテッド・ローンチ・アライアンス（ULA）のバルカン・ケンタウルスロケットなどにも供給される予定です。SpaceX が開発した BE-4 エンジンとラプター エンジンは、どちらもメタンを燃料として使用する大型ロケット エンジンです。BE-4 エンジンは、世界で最も強力なロケット エンジンの 1 つです。単一の BE-4 エンジンが提供する推力は、ラプター エンジンの推力よりも高く、2 つのエンジンは約 245 トンと約 231 トンの推力を生成できます。それぞれ。

3.8 フランス企業アリアン、ヨーロッパの完全再利用ロケットの第一段階計画を発表

2022年9月、フランスのアリアン社は、パリで開催された2022年国際宇宙会議（IAC）で、完全に再利用可能なロケット「革新的探査のためのスマートアッパーステージ、SUSIE」を初めて実証した。レベル1だが、プロジェクトの明確なスケジュールはまだ決まっていない。と発表した。「Susi」は垂直離陸・垂直帰還（VTVL）モードを採用しており、与圧客室容量は40立方メートルで、貨物やペイロードの輸送や有人飛行などの任務に使用できる。「スーシ」は有人ミッションを行う際に最大5人の宇宙飛行士を乗せることができ、最初は「アリアン」-6ロケットで打ち上げられる。

「Susi」は、欧州宇宙機関が主導する新欧州宇宙輸送ソリューション（NESTS）のコンポーネントであり、欧州で完全に再利用可能な宇宙ミッションを達成するために、欧州の次世代再利用可能な重量物打ち上げロケットに使用されることが期待されています。交通システムが道を切り開きます。

3.9 中国、初めて液体ロケットエンジンの再利用を実現

2022年9月、中国が独自に開発したあるタイプの液体酸素灯油エンジンが繰り返しの飛行試験に成功し、中国が初めて液体ロケット動力システムの再利用を達成したことを示し、また中国の液体ロケットエンジンの再利用技術が向上したことを示した。工学応用段階に入った。この試験では、このタイプのエンジンの全ミッションプロファイルの複雑な熱環境への適応性と、飛行後の回収および再利用の実現可能性がさらに検証され、液体の迅速かつ簡素化された処理計画、点検整備および健康管理計画も検討されました。ロケットエンジンの再利用設計評価基準は、再利用可能な宇宙輸送技術の開発と工学的応用を促進します。

液体酸素灯油エンジンは中国の新世代ロケットの主要動力装置であり、高性能、大推力、強力なミッション適応性、長い開発サイクル、無毒、無公害という利点を持っています。このタイプの液体酸素灯油エンジンは、2021年に航空機の主動力装置として初の飛行試験に参加し、検査・整備を経て繰り返しの飛行試験ミッションに成功しました。