飛行中に測定を行うように設計されたロケット
ワロップス飛行場 から打ち上げられる ブラック ・ブラントXII
観測ロケット または ロケット ゾンデは 、 研究ロケット または 弾道ロケットとも呼ばれ、 弾道 飛行中に観測や科学実験を行うために設計された機器搭載ロケットです。このロケットは 、地表から 50~150 km(30~90マイル) [1]の高さまで機器を打ち上げるのによく用いられます。この高度は、一般的に 気象観測気球 と 人工衛星の 中間の高度です。気球の最大高度は約40 km(25マイル)、人工衛星の最小高度は約120 km(75マイル)です。 [2]
観測ロケットは、弾道飛行を前提としているため、軌道飛行用に設計されたロケットよりもはるかにシンプルな 構造となっていることが多い。 [2] ブラック・ブラントXやXII のように、一部の観測ロケットは 1,000~1,500 km(600~900マイル)の 遠地点に到達する。観測ロケットは高度3,000 km(2,000マイル)まで飛行し、約40分間の観測時間を確保することで、磁気圏、電離圏、熱圏、中間圏の地球物理学的観測を行う。 [3]
語源
この用語の語源は航海用語の 「 sound (測深)」で、船から重り付きの釣り糸を水中に投げ込み、水深を測ることを意味します。この用語自体の語源は ロマンス語の「 探査」 を意味する言葉で、名詞の 「sonda」 や 「sonde」 、動詞の 「sondar」 (「調査や世論調査を行う」)などが あります。 ロケットにおける「 sounding(測深)」は「測定を行う」という意味です。 [4]
デザイン
探査ロケットのサンプルペイロード
現代の観測ロケットの基本要素は、 固体燃料ロケット モーターと科学 ペイロード である。 [4] 一部の観測ロケットでは、ペイロードは煙の跡に過ぎない場合もある。例えば ナイキ・スモークは、 気象観測気球 よりも正確に風向と風速を測定するために使用される。 ナイキ・アパッチ のような観測ロケットは 、非常に高い高度の風を観測するためにナトリウム雲を投下することがある。より大型で高高度のロケットは、 高度とペイロードの能力を高めるために
多段 式になっている。
探査ロケットの飛行はいくつかの段階に分かれる。ブースト段階では、ロケットは燃料を燃焼させてほぼ垂直に上向きに加速する。エンジンが燃料を使い果たすと、ロケットは下降し、ペイロードが弾道軌道に沿って惰性で飛行できるようにする。ロケットの軌道はほぼ放物線状になり、高高度では重力とわずかな風の抵抗しか受けない。飛行の最高点である遠地点付近で速度が低下するため、 ペイロード はこの地点付近に数分間留まることができる。 [2]最後に、ロケットは下降し、小型気球や パラシュート などの抗力源を展開することもある 。 [4] 平均飛行時間は30分未満で、通常は5分から20分である。 [2]
探測ロケットは、第一段として気球、航空機、大砲などを用いている。ファーサイド計画 [5] [6] では、106,188立方メートル(3,750,000立方フィート)の気球からなる ロックーン [7] を使用し、4段式ロケットを吊り上げた。 スパロエアは 海軍のF4D戦闘機およびF-4戦闘機から空中発射された。探測ロケットは、 HARP計画 の5インチ、7インチ、15インチ(130、180、380 mm)砲などの砲兵砲からも発射可能であり、場合によっては追加のロケット段を備えている。 [8]
開発の歴史
初期の探測ロケットは、 WACコーポラル 、 エアロビー 、 バイキング など、 液体燃料 を使用していました。ドイツの V-2 ロケットは、第二次世界大戦直後、アメリカとソ連の両国で使用されました。1950年代からは、 ナイキ 、 タロス 、 テリア 、 スパローなどに使用されていた安価な軍用余剰ブースターが使用されるようになりました。1960年代以降、 ブラック・ブラント など、ほとんどの探測ロケットは探測目的のために特別に設計されています 。
観測ロケット開発の最も初期の試みはソビエト連邦で行われました。初期のロケット開発者は皆、ロケット打ち上げ能力の開発に関心を持っていましたが、中には大気圏の調査を目的とする者もいました。第1回全ソ連成圏研究会議は1934年にレニングラード(現在のサンクトペテルブルク)で開催されました。 [9]この会議では主に気球 ラジオゾンデ が取り上げられました が、上層大気の探査を目的とした「記録ロケット」の開発を目指す少数のロケット開発者グループもいました。 [10]後にソビエト宇宙計画の指導者となる セルゲイ・コロリョフは 、プレゼンテーションの中で「上層大気を調査するための高高度ロケット用科学機器の開発」を訴えました。 [11]
レニングラード・ジェット推進研究グループのVV・ラズモフは、観測ロケットの設計に特に関心を持っていました。モスクワのソ連防衛・航空・化学建設支援協会内の特別グループで活動していたA・I・ポリャールニーは、R-06を設計しました。R-06は最終的に飛行しましたが、気象観測には使用されませんでした。 [10]
ソ連の初期の観測ロケット開発の努力は、第二次世界大戦前に最終的に失敗に終わった。 [10] イワノフ大尉は3段式ロケットを開発し、1946年3月に飛行した。1946年の夏の終わりに、研究用ペイロードを打ち上げるのに十分な推力がなかったため、開発は中止された。 [10]
最初の成功した観測ロケットは カリフォルニア工科大学 で開発されました。 第二次世界大戦前、そこには セオドア・フォン・カルマン の指揮の下、 フランク・マリナ が率いるロケット愛好家のグループがあり 、「スーサイド・スクワッド」として知られていました。彼らの当面の目標は上層大気の探査であり、そのためには機器を高高度に打ち上げ、その成果を回収する手段の開発が必要でした。第二次世界大戦の勃発後、ロケット愛好家たちは数々の防衛計画に携わるようになり、その一つが誘導ミサイル「コーポラル」の開発でした。後に MGM-5コーポラル として知られるこのミサイルは、アメリカ陸軍が初めて配備した誘導ミサイルとなりました。
第二次世界大戦中、 通信部隊は 、11キログラム(25ポンド)の機器を30キロメートル(10万フィート)以上まで運ぶための探測ロケットの要件を定めました。 [12] この目標を達成するため、マリナはコーポラルミサイルの開発に必要な経験を得るため、 小型 液体燃料ロケットを提案しました。 [13] [14] マリナは、賈雪神(ピンイン音訳では 銭学森 )と共に「連続インパルスによる推進を特に考慮した探測ロケットの飛行解析」を執筆しました。通信部隊のロケットはコーポラル計画のために開発されていたため、誘導機構がありませんでした。そのため、 「姿勢制御なし」という意味で WACコーポラル と名付けられました。WACコーポラルは、米国における探測ロケット技術の基礎となりました。WACコーポラルは2つのバージョンが開発され、後者は大幅に改良されました。戦後、WACコーポラルは、アメリカ陸軍が試験中だった、鹵獲したはるかに大型の V-2ロケット と、サウンディングミッションの資金を巡って競争を繰り広げました。WACコーポラルは、実験機を費用対効果の高い方法で高高度まで打ち上げるという任務において影に隠れ、事実上時代遅れとなりました。WACコーポラルは後に改造され、最初の二段式ロケットである RTV-G-4バンパー の上段ロケットとなりました。
鹵獲されたV-2エンジンは、1940年代後半のアメリカの観測ロケットやその他のロケット開発の主流でした。 [15] エアロビー は、 応用物理学研究所 と 海軍研究所 の要件を満たすために エアロジェット社 によって開発されました 。1947年から1985年の間に1,000機以上のエアロビーが飛行しました。 [16] : 57 [17] エアロビー用に製造されたエンジンの1つは、最終的に、最初の専用 衛星打ち上げ機である ヴァンガードロケット の2段目に動力を与えました。多くのエアロビーで使用されたAJ10エンジンは、最終的に スペースシャトルの 軌道操縦システム を形成するAJ10-190に進化しました。 [18]
バイキング ロケットは 、アメリカ海軍によってV-2ロケットの代替としてだけでなく、誘導ミサイル技術の進歩を目的として設計された。 [19] バイキングは、ジンバル付きXLR10-RM-2エンジンを搭載した多軸誘導システムによって制御された。バイキングは2つの主要なバージョンを経て開発された。アメリカ合衆国が国際地球観測年(1957~1958年)に衛星を打ち上げる意向を発表した後、バイキングはヴァンガード衛星打ち上げ機の第一段として選定された。最後の2機のバイキングは、ヴァンガード試験機1号と2号として打ち上げられた。 [20]
第二次世界大戦後、ソ連もV-2ロケットをベースとした観測ロケットの開発を進めた。最後の2機のR-1Aは1949年に観測ロケットとして打ち上げられた。その後、1951年7月から1956年6月にかけて、4機のR-1B、2機のR-1V、3機のR-1D、5機のR-1E、そして1機のR-1E (A-1) が打ち上げられた。 [21] 改良されたV-2の後継機であるR-2Aは高度190km (120マイル) まで到達可能で、1957年4月から1962年5月にかけて飛行した。 [22] 15機のR-5Vは1965年6月から1983年10月にかけて飛行した。2機のR-5 VAOは1964年9月と1965年10月に飛行した。 [23] ソ連初の固体燃料観測ロケットはM-100であった。 [24] 1957年から1990年にかけて約6640機のM-100探査ロケットが飛行した。
観測ロケットを初期に使用した他の国としては、イギリス、フランス、日本などがある。
イギリスは 国際地球観測年 に向けて スカイラーク シリーズと トウゾクカモメ を開発した。 [16]
フランスはスーパーV-2 の設計を開始していました が、必要な部品を全て製造できなかったため、1940年代後半に計画は中止されました。 ヴェロニック の開発は1949年に開始されましたが、最初のフルスケールのヴェロニックが打ち上げられたのは1952年でした。ヴェロニックの派生型は1974年まで飛行しました。 [16] [25] モニカ シリーズ はすべて固体燃料で、複数のバージョンが製造されました。これらは後にONERAシリーズに置き換えられました。 [16]
日本は カッパロケット を使用し、またロックーンの開発も進めた。 [16]
中華人民共和国は、新型液体燃料探査ロケット T-7 を打ち上げた最後の国であった。 [26] 初発射は非常に簡素な発射場で行われた。「司令部」と借用した発電機は、小川を挟んで発射台から隔てられた草地の小屋にあった。司令部とロケット発射台の間には通信設備はなく、電話さえなかった。T-7は、T-7M、T-7A、T-7A-S、T-7A-S2、そしてT-7/GF-01Aへと発展した。T-7/GF-01Aは1969年にFSW衛星技術開発ミッションの打ち上げに使用された。こうしてI-7は、中国初の衛星である東方紅1号(東方紅1号)の成功に繋がり、東方紅1号はDF-1ロケットによって打ち上げられた。 銭学森 (ウェイド・ガイルズ式音訳では詹雪神)は、中国のロケット工学の発展と東風1号の開発に不可欠な存在でした。彼は セオドア・フォン・カルマン やカリフォルニア工科大学の「スーサイド・スクワッド」と協力し、世界初の成功した観測ロケットである WACコーポラル を開発しました。
1960 年代初頭までに、観測ロケットは確立された技術とみなされました。
利点
観測ロケットは、低コスト(多くの場合、軍の余剰ロケットモーターを使用) [4] [2] 、比較的短い リードタイム (場合によっては6ヶ月未満) [4] 、そして気球や衛星ではアクセスできない地域での研究を行うことができることから、一部の研究には有利です。また、より高価でリスクの高い 軌道上宇宙飛行 ミッション で使用される機器のテストベッドとしても使用されます [2] 。また、小型の観測ロケットは一時的な場所からの打ち上げも可能であり、遠隔地での フィールド調査 や、船舶から発射すれば海上での調査も可能です [27] 。
観測ロケットは、衝撃波が大気圏を通過する様子を観測することで、大気圏内核実験の調査に利用されてきた。 [28]
[29] [ 循環参照 ] 最近では、観測ロケットは他の核兵器研究にも利用されている。 [30]
アプリケーション
気象学
ホワイトサンズミサイル実験場の ロケットガーデン に展示されているロキ・ダート(前景)
高度75km(50マイル)までの 気象観測は、 ロケットゾンデ( 大気 観測用の探測ロケットの一種で、 ロケット と ラジオゾンデ で構成されています)によって行われます 。ゾンデは 飛行中に、 気温 、 湿度 、 風速 と風向、 風速シアー 、 気圧 、 空気密度のデータを記録します。 位置 データ( 高度 と 緯度 ・ 経度 )も記録されることがあります。
一般的な気象ロケットには、 ロキ と スーパーロキ があります。これらは通常、高さ3.7メートル(12フィート)で、直径10センチメートル(3.9インチ)の 固体燃料ロケットモーター で駆動されます。ロケットモーターは高度1,500メートル(4,900フィート)で分離し、残りのロケットゾンデは最高点( アポジ )まで惰性で飛行します。高度20~113キロメートル(12~70マイル)まで打ち上げることができます。
研究
観測ロケットは主に以下の目的で使用されます。
二重使用
弾道ミサイル技術の軍事的関連性が高いため、探測ロケットと軍用ミサイルの間には常に密接な関係がある。これは 民生・軍事の両方に使用できる典型的な デュアルユース技術である。 [32] 冷戦 中 、ドイツ連邦共和国はこの問題に関して、 当時核兵器 不拡散条約に署名していなかったブラジル、アルゼンチン、インドなどの国々と協力した。 ドイツ平和運動 による調査の過程で、この協力は1983年に物理学者のグループによって明らかにされた。 [33] こうして始まった国際的な議論は、 G7諸国レベルでの ミサイル技術管理レジーム (MTCR)の発展につながった。それ以来、MTCRの枠組みの中で、輸出が厳格な管理の対象となる技術機器のリストが作成されている。
演算子とプログラム
参照
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外部リンク
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