XS-1（宇宙船）

DARPA XS-1は、米国国防総省の小型衛星を軌道に乗せる計画能力を持つ実験的なスペースプレーン/ブースターでした。[ 1 ]報告によると、1日に1回再利用できるように設計されており、10日間連続で再利用することを目標としていました。[ 2 ] XS-1は、垂直に離陸して極超音速で高い弾道高度まで飛行することにより、多段式ロケット の第1段を直接交換することを目的としていました。これにより、1つ以上の使い捨ての上段が分離され、ペイロードが低地球軌道に展開されます。その後、XS-1は地球に戻り、少なくとも24時間に1回はプロセスを繰り返すのに十分な速さで整備される予定でした。[ 3 ] [ 4 ]

DARPA XS-1プログラムは2013年から2020年まで運用されました。[ 5 ] 数年にわたる改良と提案を経て、2017年5月、国防高等研究計画局（DARPA）[ 6 ]は、XS-1宇宙船（現在は実験用スペースプレーンプログラムと呼ばれています）の製造とテストを行うフェーズ2/3にボーイング社を選択しました。[ 7 ]当時、テスト飛行は2020年より早く開始される予定ではありませんでした。 [ 7 ] 2020年1月22日、ボーイング社がプログラムでの役割を停止し、事実上プログラムを終了させることが発表されました。[ 8 ]

歴史

DARPAは、安価で短期間で開発可能な新型の極超音速航空機を発明することで国家安全保障を強化することを目的として、XS-1プログラム（後に実験用宇宙飛行機プログラムに改名）を創設した。同プログラムでは、数日以内に低軌道に到達すること、無人の再使用ロケット、外部ブースターを内蔵型の自己完結型極低温推進ブースターに置き換えること、900～3,000ポンド（410～1,400 kg）のペイロードを極軌道に展開する能力、亜軌道極超音速飛行と3,000°F（1,600°C）を超える温度に耐えられる複合金属翼、DARPAの空中発射支援宇宙アクセス（ALASA）プログラムによって開発された自律飛行技術、マッハ10への到達などの概念を推進した。[ 9 ]

XS-1プログラムは、再利用可能な宇宙打ち上げ機の開発における過去のいくつかの失敗に続くものです。1980年代のロックウェルX-30と1990年代のX-33ベンチャースターは、技術が未熟だったため、飛行に至りませんでした。DARPAの最後の試みは、2000年代初頭のレスポンシブ・アクセス、スモールカーゴ、アフォーダブル・ローンチ（ RASCAL ）プログラムでした。このプログラムは、75万ドル未満で300ポンド（140kg）のペイロードを軌道に乗せることを目指していました。

XS-1プログラムは、2013年11月にDARPAの業界説明会で発表されました。DARPAは、XS-1は軽量で低コストの複合材製機体と燃料タンク構造、耐久性のある熱防御、再利用可能で手頃な価格の推進力、航空機のようなヘルスマネジメントシステムといった優れた技術により、より実現可能だと述べました。[ 5 ] XS-1プログラムマネージャーのジェス・スポナブル氏は、2014年2月5日にNASAのFuture In-Space Operationsグループで講演し、「ここでのビジョンは、宇宙システムコストの高騰という悪循環を打破し、日常的な宇宙へのアクセスと極超音速機の実現を可能にすることです」と述べました。[ 12 ]

2014年7月までに、3社が実証機の設計契約を獲得した。選ばれたのは、ボーイングとブルーオリジン、マステン・スペース・システムズとエックスコール・エアロスペース、ノースロップ・グラマンとヴァージン・ギャラクティックの3社だった。成功が証明されると米軍の一部に引き継がれた他のDARPAプログラムとは異なり、この取り組みは当初からDARPAと産業界の直接的なパートナーシップとして設計されていた。2015年8月、ボーイング、ノースロップ・グラマン、マステン・スペース・システムズはいずれも、プログラムのフェーズ1Bの設計コンセプトを継続するために、DARPAから追加資金を受け取った。2015年時点で、最初のXS-1軌道ミッションは早ければ2020年に実施される予定だった。[ 13 ]

DARPAは2016年4月にXS-1プログラムのフェーズ2を開始しました。[ 14 ] 2016年7月、DARPAは「2013/14年に開始された取り組みを再開するのに適した時期が来たと考えている。2016年には公募プロセスを通じて取り組みが強化され、複数の業界コンセプトが創出されるようになった。[公募]の要件によると、有翼機は[引き続き]10日間で10回の飛行が可能で、3,000ポンド以上のペイロードを搭載し、1回の飛行あたり500万ドル未満のコストでなければならない」と述べました。[ 15 ]

2017年5月、DARPAはXS-1（現在は実験用スペースプレーンプログラムと呼ばれています）の製造と試験を行うフェーズ2/3にボーイング社を選定しました。[ 7 ]フェーズ2/3の契約には、DARPAからの1億4,600万ドルの資金と、同社からの未特定の寄付が含まれていました。[ 16 ]

2020年1月22日、DARPAはボーイングがXS-1プログラムから「即時」撤退し、事実上プログラムを終了すると発表した。[ 8 ] [ 16 ]

プログラムの目標

2013年9月時点でのプログラムの目標は以下の通りであった。[ 3 ] [ 17 ] 宇宙機は3,000～5,000ポンド（1,400～2,300kg）のペイロードを1回の飛行あたり500万ドル未満の費用で低地球軌道に運ぶこと[ 4 ]。これを年間10回以上の飛行で行う。当時、このタイプのペイロードを打ち上げるには、オービタル・サイエンシズ社のミノタウロスIV使い捨てブースターを年間1回使用する必要があり、価格は5,500万ドルであった。

  • マッハ 10（時速12,300キロメートル）以上の超音速飛行
  • 10日間で10回の飛行を含む、1日で完了する迅速なターンアラウンドタイム
  • 軌道上の1,800 kg（4,000ポンド）のペイロード
  • 打ち上げコストは現在の打ち上げシステムの10分の1以下、1回の飛行あたり約500万ドル[ 4 ]
  • 無人車両
  • 再利用可能な第一段ブースターを使用して極超音速で亜軌道高度まで飛行し、衛星を分離して展開する1つ以上の使い捨ての上段と結合します[ 18 ] [ 19 ]

応募者と選考

ボーイング、ノースロップ・グラマン・エアロスペース・システムズ、マステン・スペース・システムズはフェーズ1の概念設計契約を締結している。

ボーイングは当初、ブルーオリジンとトレードオフの検討を行いました。ボーイングの設計では、自律型ブースターが第2段とペイロードを高高度まで運び、宇宙空間に展開することが可能でした。その後、ブースターは地球に帰還し、現代の航空機と同様の運用・保守の原則を適用することで、次の飛行に迅速に備えることが可能でした。[ 20 ]

ノースロップ・グラマンは、航空機、宇宙船、自律システムに関する経験を活かし、スケールド・コンポジッツ社（製造・組立担当）、ヴァージン・ギャラクティック社（商用宇宙機の運用・移行担当）からなるチームと連携しました。ヴァージン・ギャラクティック社とスケールド・コンポジッツ社は、世界唯一の商用宇宙船であるスペースシップ・ツーの開発に携わりました。チームはまた、国防高等研究計画局（DARPA）、NASA、米国空軍研究所向けの関連プロジェクトで開発された技術を活用し、政府に「投資回収」を提供しました。彼らのコンセプトには、最小限のインフラと地上要員で輸送起立式発射台を用いたクリーンパッド打ち上げ、高度に自律的な飛行運用、標準滑走路への水平着陸と回収が含まれていました。[ 18 ]

マステン・スペース・システムズは、再利用可能なロケット推進機の開発経験があり、同社のXombie、Xoie、Xaeroといった垂直離着陸機（VTVL）は、プログラムで設定された10日間で10回の飛行という目標を既に達成、あるいは上回っている。同社は従業員約30名で構成され、モハーベ航空宇宙港の小さな建物に本社を置いているが、同宇宙港で長年にわたり様々な小型VTVLシステムを短距離飛行させ、月やその他の惑星に宇宙船を安全に着陸させるために設計された誘導・航法・管制（GNC）システムの試験台として機能してきた。同社のコンセプトでは、翼と尾翼を備えたVTVLシステムが発射台から垂直に離陸する様子が描かれていた。マステン・スペース・システムズはフェーズ1AでXCOR Aerospaceと提携した。[ 21 ]

フェーズ2と3

2017年5月、ボーイング社はDARPAと提携してXS-1を製造することに選定された。[ 22 ]エアロジェット・ロケットダインは、 RS-25エンジンから派生したAR-22エンジンをこの宇宙船に供給することになっていた。 [ 23 ]プロトタイプの製造と飛行を行うフェーズ2/3契約には、 DARPAから1億4,600万ドルの資金が含まれていた。[ 16 ]

ボーイングXS-1ファントムエクスプレス

LC-48に搭載されたボーイングのXS-1ファントムエクスプレスロケットのレンダリング

ボーイングの設計はファントムエクスプレスと呼ばれる垂直離陸・水平着陸（VTHL）機体[ 7 ]で、国の宇宙へのアクセスを増やすことを目的としていた。[ 24 ]計画された仕様には、機体の高さ100フィート（30メートル）、翼幅62フィート（19メートル）が含まれている。ファントムエクスプレスは、もともとスペースシャトル計画のために製造されたが、10日以内に10回再利用できるように改造され、1回の打ち上げあたり500万ドル未満で済むエアロジェットロケットダインAR - 22エンジンを使用する予定だった。安価で迅速に衛星を打ち上げることを目的としており、再利用性によって打ち上げあたりのコストがさらに下がる。この性能要件は2018年7月にテストスタンドで実証された。 [ 25 ] 2020年1月22日、ボーイングのファントムワークス部門がプログラムでの役割を終了することが発表された。ボーイング社の代表者は、XS-1プロジェクトへの投資は、航空、海上、宇宙分野に関連する他のボーイング社プロジェクトに再配分されると述べた。[ 8 ] DARPAは、ボーイング社が開発のマイルストーン達成に応じて支払いを受けていたため、返金を求めなかった。このプログラムは完全に無駄ではなかった。実施された作業によって、当時利用可能な技術がXS-1プログラムに類似した新規プロジェクトをサポートできることが証明され、技術的な障壁も存在しなかったからである。[ 26 ]

参照

参考文献

  1. ^ David Axe (2015年8月3日). 「ペンタゴン、新型スペースプレーンで軌道戦争に備える」 The Daily Beast . 2015年8月3日閲覧。
  2. ^ 「実験用スペースプレーン（XS-1）」。DARPA。2016年6月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年6月20日閲覧。
  3. ^ a b Foust, Jeff (2013年9月12日). 「DARPA、再利用可能打ち上げロケットプログラムを開始」 . Space News . 2013年9月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年9月13日閲覧。
  4. ^ a b cハウエル、エリザベス（2015年5月1日）「XS-1：DARPAの実験用スペースプレーン」Space.com。2015年5月14日閲覧。
  5. ^ a b「DARPA、XS-1宇宙機で打ち上げコストの削減を目指す」 Aviation Week、2013年12月2日。
  6. ^ 「国防高等研究計画局」www.darpa.mil . 2022年12月14日閲覧。
  7. ^ a b c d「DARPA、次世代宇宙機の設計を選定」2017年5月
  8. ^ a b c「ボーイング社、DARPA実験用スペースプレーン計画から撤退」 Space News、2020年1月22日。
  9. ^ 「実験用スペースプレーン（アーカイブ）」www.darpa.mil . 2022年12月25日閲覧。
  10. ^ロパタ、ジェイコブ、カーター、プレストン (2004年8月12日). 「DARPAのRASCAL：現状、課題、そして成果」小型衛星会議.
  11. ^カーター、プレストン、ブラウン、オーウェン、ライス、タレン、ターディ、ジェイソン (2003年8月11日). 「RASCAL：DARPAによる迅速で手頃な超小型衛星宇宙アクセスソリューション」小型衛星会議.
  12. ^ 「米軍の宇宙飛行機、2017年の打ち上げを目指す」 spacedaily.com . 2014年3月21日閲覧。
  13. ^ DARPA、軍用宇宙機の継続開発に2000万ドルを授与- Defense-Update.com、2015年8月8日
  14. ^宇宙へのアクセスを容易にするXS-1プログラムがフェーズ2に突入- DARPA.mil、2016年4月7日
  15. ^ Gebhardt, Chris (2016年7月13日). 「DARPA、実験用宇宙飛行機XS-1による新たな取り組みを推進」 NASASpaceFlight.com . 2016年8月31日閲覧。
  16. ^ a b c「ボーイング社のファントム・エクスプレスが空中に消える」。Wayback Machineで2020年1月23日にアーカイブ。parabolicarc.com、2020年1月22日。
  17. ^ 「DARPA、XS-1宇宙飛行機の探査を開始 | Cutting Edge」 CNETニュース。 2014年3月21日閲覧。
  18. ^ a bノースロップ・グラマン、DARPA向けにXS-1宇宙機を開発中- Spacedaily.com、2014年8月20日
  19. ^ DARPA、衛星展開用XS-1極超音速宇宙機の第一段階の公募を開始- Militaryaerospace.com、2013年11月15日
  20. ^クラーク、スティーブン（2017年6月13日）「ボーイングとDARPA、XS-1宇宙機をケープカナベラル基地に配備へ」Spaceflight Now . 2020年2月11日閲覧。
  21. ^マステン・スペース・システムズ、XS-1軍用宇宙飛行機プロジェクトに高い目標を掲げる- Space.com、2014年8月26日
  22. ^ 「ボーイング社、DARPAの新型極超音速宇宙機を開発中」 Engadget 2017年5月24日2020年2月11日閲覧。
  23. ^ 「エアロジェット・ロケットダイン、ボーイングとDARPAの実験用スペースプレーンの主要推進力プロバイダーに選定」 2017年5月24日。 2017年5月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年5月25日閲覧。
  24. ^ 「ボーイング：ファントム・エクスプレス」www.boeing.com . 2018年7月19日閲覧。
  25. ^クラーク、スティーブン（2018年7月18日）「ラピッドファイアエンジンのテストがDARPAの再利用可能な宇宙機計画への期待を高める - Spaceflight Now」 spaceflightnow.com Pole Star Publications Ltd 2018年7月19日閲覧。
  26. ^ Mike Wall (2020年1月23日). 「DARPA、ボーイングの撤退を受けXS-1軍用宇宙飛行機プロジェクトを中止」 Space.com . 2024年1月23日閲覧。
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