機敏な地球周回軌道運用のための実証ロケット

ドラコ
ロケットの表現
関数宇宙船
メーカーロッキード・マーティン
原産国アメリカ合衆国
プロジェクト費用4億9900万ドル（第2期および第3期）[ 1 ]
発売履歴
状態キャンセル
ペイロード
低軌道へのペイロード
月へのペイロード
金星へのペイロード
火星へのペイロード
ステージ情報
第一段階
第二段階
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DRACO（敏捷な地月運用のための実証ロケット）は、DARPA、NASA、ロッキード・マーティン、BWXテクノロジーズの共同主催による計画された宇宙飛行実証ミッションであり、2027年までに核熱ロケットの初の軌道上テストを実施することを目指していた。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]低濃縮ウランを燃料とし、[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]その再利用性と性能は、現在の化学推進システムを大幅に上回ると予測されていた。打ち上げ作業は米国宇宙軍によって支援されることになっており、計画されている打ち上げ機はバルカン・セントールロケットだった。 [ 6 ] 2023年、NASAは正式にDRACOプログラムに参加し、核推進を利用して火星などの深宇宙への移動時間を大幅に短縮することを目指した。[ 7 ]核熱推進は化学推進の2～3倍の効率が得られ、火星へのミッション期間が半分に短縮される可能性があると予想されました。[ 8 ] DARPAプログラムマネージャーのタビサ・ドッドソンは、核熱推進は核融合ベースの宇宙船などの進化するシステムの基礎となり、より大きな安全マージンでより野心的な有人探査ミッションを可能にする可能性があると述べました。[ 9 ]ロッキード・マーティンとBWXTによると、核熱推進によりかなりの効率と時間の利点がありました。[ 10 ] [ 11 ] NASAは、はるかに高い効率が化学推進の2～3倍になると信じており、[ 6 ]核熱ロケットは火星への旅の時間を半分に短縮します。[ 12 ]

しかし、地上原子炉の検証に関する複雑な安全要件や試験要件、推進システムの最終設計の未解決など、技術的および規制上の課題により、2025年1月までに、ミッションの2027年打ち上げ予定は無期限に延期された。[ 13 ] [ 14 ]プログラムの状況は、2025年5月2日に発表された2026会計年度連邦予算でNASAの宇宙技術ミッション局に5億3100万ドルの削減が提案されたことでさらに影響を受けた。予算文書には、未特定の先進宇宙推進プロジェクトの削減が挙げられていた。[ 15 ]一部のアナリストは、これは事実上原子力推進研究の終結であると解釈し、NASAが以前に中止したプロメテウス計画との類似点を指摘した。[ 14 ]

2025年5月30日、確定した2026年度大統領予算要求書でDRACOのキャンセルが確定し、トランプ政権が費用がかかりすぎると考えた核熱・電気推進プログラムには資金が割り当てられず、DARPAはプログラム終了手続きを完了し、その知識をNASAに移譲した。[ 16 ] [ 14 ] 2025年6月下旬、DARPAは、終了の理由は費用が利益に見合わなくなったこと[ 17 ]と、打ち上げ費用の削減と新たな分析がキャンセルにつながったことに基づくと発表。[ 18 ]上院歳出委員会は、NSFとNASAへの現在の資金提供レベルを維持することを希望し、トランプ政権の提案した大幅な削減に抵抗しているが、この支持はNTPとNEPが関与する可能性のある他のプロジェクトを含む進行中の研究とミッションに対する潜在的な保護策を示唆しているが、DARPAの撤退によりDRACOのキャンセルは最終的なものとなった。

背景

1946年5月、アメリカ空軍は航空機の動力源として原子力エネルギーを利用する可能性を探るため、航空機推進用原子力エネルギー（NEPA）計画を開始した。 [ 19 ] [ 20 ]この取り組みは、航空宇宙機用の原子力推進システムの開発を目的とした、航空機原子力推進（ANP）計画として知られる空軍と米国原子力委員会（AEC）の共同事業につながった。 [ 19 ] [ 20 ] ANP計画は10億ドルを投資した後、1961年3月に中止された。[ 19 ] [ 20 ]

宇宙旅行への原子力エネルギーの利用は、1950年代から業界の専門家の間でも議論されてきたと伝えられています。フリーマン・ダイソンとテッド・テイラーは、オリオン計画への参加を通じて、この技術の早期実証を目指しました。最終的に、このプロジェクトはヴェルナー・フォン・ブラウンの支援を受け、開発は試験飛行段階に達しましたが、環境への懸念から早期に中止されました。[ 21 ]

1955年、空軍はAECと提携し、ローバー計画の下で核ロケット用の原子炉を開発した。[ 22 ] 1958年半ば、NASAは空軍に代わって[ 22 ]、飛行しない核エンジンで核ロケットの原理を試験するためにキウイ原子炉を建造した。[ 23 ]次の段階であるロケット車両応用のための核エンジン（NERVA）では、NASAとAECは「火星への長距離ミッションとアポロ計画の上段の可能性の両方」のための核熱ロケットの開発を目指した。[ 23 ]資金の問題により、NERVAは1973年に飛行試験を行わずに終了した。[ 23 ]

新しいプログラム

2020年、米国科学・工学・医学アカデミーは、NASAの要請を受け、将来の太陽系探査に用いる宇宙核推進技術の開発における主要な技術的・計画的課題とリスクを特定するため、宇宙核推進技術委員会を臨時に招集した。核熱推進（NTP）システムに関しては、委員会は以下の技術的課題を特定した。[ 24 ]

  • 各燃焼の持続時間中、原子炉出口で推進剤を約 2700 K まで加熱するには、原子炉の高い動作電力密度と温度が必要です。
  • 極低温液体水素 ( LH2 ) 推進剤の長期保管と管理の必要性。
  • 他の宇宙または地上の原子炉に比べて原子炉の起動時間が短い（ゼロからフルパワーまでわずか 60 秒）。
  • 化学エンジンと比較して、NTPシステムの起動および停止時の過渡応答が長いという問題に対処する。これは、エンジンターボポンプの設計と反応器サブシステムの熱管理の推進要因となる。

委員会はまた、地上試験施設の不足を強調し、「現在、米国にはローバー/NERVA実験に匹敵する実物大NTP原子炉のフルパワー地上試験を実施できる施設はない」と指摘した。[ 24 ]しかし、委員会の報告書は、「積極的なプログラムにより、 2039年にベースラインミッション（衝期の火星への有人ミッション）を実行できるNTPシステムを開発できる可能性がある」と結論付けている。 [ 24 ]

2021年4月、DARPAは、原子炉の概念設計についてはジェネラル・アトミックス社（2,200万ドル）、競合する運用システムと実証システムの概念設計についてはブルー・オリジン社（250万ドル）とロッキード・マーティン社（290万ドル）に18か月間のフェーズ1契約を授与することで、DRACOの開始を発表しました。[ 25 ] [ 26 ]

2023年1月、NASAとDARPAはDRACOに関する協力を発表し、4億9900万ドルのプログラムをフェーズ2と3で分割しました。[ 7 ] [ 27 ] NASAは推進システムと原子炉を担当し、DARPAは車両と統合要件、ミッション運用概念、原子力規制承認、打ち上げ権限を主導します。[ 7 ]米宇宙軍は、DRACOをSpaceXのファルコン9またはユナイテッド・ローンチ・アライアンスのバルカン・ケンタウロスで打ち上げる予定です。[ 28 ]

2023年7月26日、DARPAとNASAは、 2027年の打ち上げに向けて実験用NTRの設計、構築、実証を行うDRACOフェーズ2および3の契約をロッキード・マーティンとBWXアドバンスト・テクノロジーズ（BWXT）に授与すると発表した。[ 27 ] [ 29 ] BWXTは、原子炉の設計と構築、燃料の製造、DRACO車両への統合のための完全なサブシステムの納入を行う予定である。[ 30 ]

デザイン

DRACOの主な設計上の特徴は以下のとおりです。[ 31 ] [ 32 ]

2019年の大統領覚書によると、[ 34 ]濃縮度20％未満のウランを使用する宇宙船（いわゆる「Tier 2」機）の打ち上げの承認は、ホワイトハウスではなく、スポンサー機関の長（この場合は国防長官）のみによって必要とされている。[ 35 ]

開発とテスト

DRACOプログラムのフェーズ2では、核燃料なしでNTRエンジンのテストが行​​われ、フェーズ3では、燃料を積んだNTRとステージの組み立て、環境テスト、そしてNTRと原子炉の実験を行うための宇宙打ち上げが行われる。[ 39 ] 米国エネルギー省は、BWXテクノロジーズに低濃縮燃料への加工用にHALEU金属を提供する。 [ 40 ]この車両に使用されるHALEUの量は、業界の専門家や科学界の間で安全性に関する懸念を引き起こしている。[ 41 ]

フェーズ2では、非核エンジンのモックアップを用いたコールドフロー試験により、エンジンコアの機械的健全性を評価します。このような試験は、ローバー/NERVAプログラム中に実施され、エンジンのターボ機械による圧力と高質量流量によるコアの破壊を防ぐ方法を研究するために実施されました。[ 42 ]

フェーズ3では、打ち上げおよび宇宙環境試験、ホストプラットフォームの組立統合試験、負荷試験、そして宇宙に送り出す前のエンジンとのインターフェースおよび制御方法の習得に取り組む。フェーズ3の実証実験では、宇宙船は地表から435～1,240マイル（700～2,000キロメートル）の地球周回高軌道に打ち上げられる。[ 31 ]宇宙に到達した後、DRACOの原子炉は安全な軌道に確立されるまで起動する予定はない。最小軌道高度は、核分裂生成物が打ち上げ時の放射能レベルまで崩壊するのにかかる推定時間によって決定される。DRACO原子炉の場合、それは約300年であり、軌道崩壊時間がその値を超えるためには、約700キロメートル以上の軌道が必要となる。[ 31 ]

NASAが議会に提出した2025年度予算見積もり文書のタイムラインによると、このプロジェクトは2024年9月に実施段階を開始することを目指していた。[ 43 ]しかし、その日付は過ぎており、最近では[ 44 ]ロッキード・マーティン社が「早ければ2027年」にその技術を実証すると報じられたが、その打ち上げ日は原子炉試験の要件により延期されている。[ 13 ]

プログラムの終了

DARPAは2026年度予算に核熱推進や電気推進プログラムへの資金提供を含めなかったが、これらの削減はホワイトハウスの目標に沿ってNASA自身で実施されている。[ 45 ] DARPAは投資収益率の低下を理由に、5年前に開始したDRACOプロジェクトを中止した。DARPA副長官ロブ・マクヘンリー氏によると、DRACOの当初の根拠である核熱エンジンの高い打ち上げコストと効率性は、スペースXによる打ち上げ費用の大幅な削減とスターシップの可能性によって損なわれたという。打ち上げコストが下がったため、核熱推進の利点はもはやその高い研究開発費を正当化しなくなった。[ 46 ]

参考文献

  1. ^「DARPAとNASA、DRACO原子力ロケットの実証にロッキード・マーティンを選定」 Geekwire、2023年7月23日。
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