非弾道的大気圏突入
スキップ再突入の段階

非弾道的大気圏突入は、上層大気の揚力を利用して非弾道的な軌道を描く大気圏突入軌道の一種である。スキップ軌道やグライド軌道などが含まれる。 [ 1 ] [ 2 ]

スキップとは、宇宙船が大気圏に突入したり離脱したりする飛行軌道です。グライドとは、宇宙船が一定時間大気圏内に留まる飛行軌道です。[ 1 ]ほとんどの例において、スキップ再突入は、弾道軌道に比べて、弾道飛行機や再突入機の航続距離を約2倍に延長します。また、スキップを繰り返すことで航続距離をさらに延長できる場合もあります。

非弾道的大気圏突入は、当初は弾道ミサイルの射程距離を延ばす方法として真剣に研究されたが、射程距離を延ばした従来型ミサイルが導入されたため、この形で運用されることはなかった。その基礎となる空気力学的概念は、機動性再突入体（MARV）の開発に利用され、パーシングIIなどのミサイルの精度を向上させた。より最近では、この概念は、アバンガルドの場合のように迎撃を回避するための極超音速滑空体（HGV）の開発にも利用されている。射程距離の延長は、より低高度での飛行を可能にする方法として利用され、より高い弾道経路に比べてより長い時間 レーダー探知を回避するのに役立つ。

このコンセプトは、月から地球に帰還する宇宙船の再突入時間を延長するためにも用いられてきました。そうでなければ、宇宙船は短時間で大きな速度低下を余儀なくされ、非常に高い加熱率に悩まされることになります。アポロ司令船も、ソ連のゾンド号や中国の嫦娥5号T1号と同様に、実質的にスキップ再突入方式を採用しました。

歴史

1940 年代、大陸間宇宙飛行機の軌道を説明する銭学森。

初期のコンセプト

この概念的根拠に最初に気づいたのはドイツの砲兵将校たちだった。彼らはペーネミュンデのプファイルゲショッセ矢弾が高高度から発射されると、はるかに遠くまで飛ぶことを発見した。これは地形と空気の薄さから全く予想外のことではなかったが、これらの要因を考慮しても、観測された射程距離の大幅な延長を説明できなかった。ペーネミュンデでの調査により、高高度の薄い空気中での長い弾道が、超音速で揚力を生み出す迎え角を持つ砲弾を生み出すことがわかった。当時、これは弾道計算を非常に困難にするため非常に望ましくないと考えられていたが、射程距離延長への応用の可能性は観測者たちにも見過ごされていなかった。[ 3 ]

1939年6月、ペーネミュンデのクラウス・リーデル設計事務所のクルト・パットは、ロケットの速度と高度を揚力と航続距離に変換する翼を提案した。 [ 4 ]彼は、これによりA-4ロケットの航続距離が275キロメートル（171マイル）から約550キロメートル（340マイル）へとほぼ倍増すると計算した。初期の開発はA-9の名称で検討されたが、その後数年間はツェッペリン・シュターケン社での風洞実験以外にはほとんど作業が行われなかった。低レベルの研究は1942年に中止されるまで続けられた。[ 5 ]

真に長距離での使用を目的としたブーストグライドコンセプトの最も初期の提案は、1941年のジルバーフォーゲルに遡る。これは、オイゲン・ゼンガーによるロケット推進爆撃機の提案であり、ドイツの基地からニューヨーク市を攻撃し、その後大日本帝国が保持する太平洋のどこかに着陸することが可能である。そのアイデアは、機体の翼を使って揚力を発生させ、新たな弾道軌道に引き上げ、再び大気圏を離脱することで、スキップ間の機体の冷却時間を確保するというものだった。[ 6 ]後に、スキップ中の熱負荷は当初の計算よりもはるかに高く、宇宙船を溶かしてしまうことが実証された。[ 7 ]

1943年、A-9の開発は再び再開され、今度はA-4bという名称で開発が進められました。これは、A-4が改良されていないA-4をベースにしていたため[ 5 ] 、あるいはA-4計画が当時「国家優先」であったため、開発をA-4という名称にすることで資金が確保されたため、という説があります。[ 8 ] A-4bは後退翼を採用し、V2ミサイルの航続距離を延長することで、イギリス中部の都市を攻撃したり、ドイツ奥地からロンドンに到達したりできるようにしました。[ 3 ] A-9も当初は同様の設計でしたが、後に従来の後退翼ではなく、長い鋸歯状のデルタ翼を採用しました。この設計は、A-9/A-10大陸間ミサイルの有人上段として採用されました。このミサイルは、大西洋上空から滑空し、パイロットが脱出する前にニューヨークを爆撃できる程度の航続距離を確保していました。[ 8 ] [ a ]

戦後の発展

現時点で、X-20ダイナソアは、有人ブーストグライド機の実用化に最も近づいたプロジェクトです。このイラストは、ダイナソアが大気圏再突入する様子を示しています。

終戦直後、ソ連のロケット技術者アレクセイ・イサエフは、 1944年8月に更新されたジルベルフォーゲル構想に関する報告書のコピーを発見した。彼はこの論文をロシア語に翻訳させ、最終的に、対蹠爆撃機の構想に強い関心を抱いていたヨシフ・スターリンの目に留まった。1946年、スターリンは息子のワシリー・スターリンと、戦前有翼ロケットの研究をしていた科学者グリゴリー・トカティをパリのゼンガーとイレーネ・ブレッドに派遣し、ソ連における新たな取り組みへの参加を説得しようとした。ゼンガーとブレッドはこの招待を断った。[ 10 ]

1946年11月、ソ連はムスティスラフ・ケルディシュを指揮官とするNII-1設計局を設立し、ゼンガーとブレッドを除いた独自のミサイル開発を目指した。[ 11 ]初期の研究により、ロケット推進の極超音速スキップグライド方式からラムジェット推進の超音速巡航ミサイルへの転換が決定された。これは、同時期にアメリカ合衆国で開発されていたナバホによく似た方式であった。開発はケルディシュ爆撃機としてしばらく継続されたが、通常弾道ミサイルの改良により、最終的にこの計画は不要となった。[ 10 ] [ b ]

アメリカ合衆国では、スキップグライドのコンセプトは、ベル・エアクラフト社のウォルター・ドルンベルガーとクラフト・エーリケを中心に、移住してきた多くのドイツ人科学者によって提唱された。1952年、ベルはボミとして知られるジルバーフォーゲルの垂直発射型である爆撃機のコンセプトを提案した。これは1950年代にロボ、ハイワーズ、ブラスベル、そして最終的にはボーイングX-20ダイナソアなど、多くの後継コンセプトにつながった。[ 12 ]初期の設計は一般的に爆撃機であったが、後期のモデルは偵察機やその他の役割を目的としていた。ドルンベルガーとエーリケは1955年にポピュラーサイエンス誌に、このアイデアを旅客機での使用を提案する記事を共同執筆した。 [ 13 ] [ 14 ]

大陸間弾道ミサイル（ICBM）の実用化が成功し、攻撃任務への導入が成功したことで、スキップグライド爆撃機の構想への関心は薄れ、偵察機任務のための偵察衛星への関心も薄れた。X-20宇宙戦闘機は1960年代を通じて関心を集め続けたが、最終的には予算削減の犠牲となった。1963年3月に再度検討が行われた後、ロバート・マクナマラは12月に計画を中止した。4億ドルが費やされたにもかかわらず、まだ遂行すべき任務がないと指摘したのである。[ 15 ]

ミサイルの使用

1960年代を通して、スキップグライドコンセプトは、現代のミサイルではもはや問題ではなくなった射程距離延長の手段としてではなく、ICBM用の機動性の高い再突入体の基礎として関心を集めました。主な目的は、再突入時にRVの進路を変更し、弾道ミサイル防衛（ABM）が迎撃に成功するのに十分な速さでRVの動きを追跡できないようにすることでした。最初の例として知られているのは1959年のアルファドラコ試験であり、その後、ブーストグライド再突入体（BGRV）試験シリーズ、ASSET [ 16 ]、PRIME [ 17 ]が続きました。

この研究は最終的にパーシングIIのMARV再突入体に応用されました。この場合、長時間の滑空段階はなく、弾頭は軌道を調整するために短時間のみ揚力を利用します。これは再突入過程の後期に使用され、シンガー・キアフォート慣性航法システムとグッドイヤー・エアロスペースのアクティブレーダーのデータを組み合わせて使用​​されます。[ 18 ]同様のコンセプトは、ほとんどの核兵器保有国の戦域弾道ミサイルにも開発されています。

ソ連も米国の対空ミサイル（ABM）を回避するためにMARVの開発に一定の努力を注いでいましたが、1970年代に米国の防衛システムが崩壊したため、このプログラムを継続する理由はなくなりました。2000年代に米国の地上配備型中間過程防衛（GMD）が導入されたことで状況は一変し、ロシアはこの取り組みを再開しました。ソ連時代にはオブイェクト4202と呼ばれていたこの車両は、2016年10月に試験に成功したと報じられました。[ 19 ]このシステムは、2018年3月1日に極超音速滑空体（HGV）アヴァンガルド（ロシア語：Авангард、英語：Vanguard ）として公表され、2019年12月27日に正式にICBMペイロードとして実戦配備された。[ 20 ]ウラジミール・プーチンは、アヴァンガルドが量産に入ったと発表し、その機動性により現在のあらゆるミサイル防衛システムに対して無敵であると主張した。[ 21 ]

中国はまた、ブーストグライド弾頭DF-ZF（米国情報機関では「WU-14」として知られている）を開発している。[ 22 ]米国とロシアのMARV設計とは対照的に、DF-ZFの主な目的は、ブーストグライドを利用して、純粋な弾道経路で同じ目標に到達する場合よりも低い高度で飛行しながら射程を延ばすことである。これは、可能な限り米海軍のイージス戦闘システムのレーダーの視界から外れ、システムが攻撃に対応する時間を短縮することを目的としています。DF-ZFは2019年10月1日に正式に発表されました。ロシアによる同様の取り組みは、ホロドとGLL-8イグラの極超音速試験プロジェクト、そして最近ではRS-28サルマートに搭載できるYu-71極超音速滑空体につながりました。[ 23 ] [ 24 ]

ブーストグライドは、米国が打ち上げから1時間以内に地球上のどこの目標でも攻撃できる兵器を求める米国の迅速地球規模攻撃（PGS）要件に対する可能な解決策として、関心を集めた。PGSでは運用モードは定義されておらず、現在研究されているものには、先進極超音速兵器のブーストグライド弾頭、ファルコンHTV-2極超音速航空機、潜水艦発射ミサイルなどがある。[ 25 ]ロッキード・マーティン社はこのコンセプトを極超音速AGM-183A ARRWとして開発している。[ 26 ]

再突入体の使用

この技術は、ソ連のゾンドシリーズの月周回宇宙船で採用され、着陸前に1回のスキップを実施しました。この場合、宇宙船が高緯度の着陸地点に到達するためには、真のスキップが必要でした。ゾンド6号、ゾンド7号、ゾンド8号はスキップ突入に成功しましたが、ゾンド5号は成功しませんでした。[ 27 ] [ 28 ]ゾンドと同様のミッションプロファイルで飛行した嫦娥5号-T1号もこの技術を採用しました。

アポロ司令船は、再突入時間を延長することで機体の熱負荷を軽減するためにスキップのようなコンセプトを採用しましたが、宇宙船は再び大気圏を離脱することはなく、これが真のスキップ・プロファイルと言えるのかどうかについては多くの議論がありました。NASAはこれを単に「リフティング・エントリー」と呼んでいました。真のマルチスキップ・プロファイルはアポロ・スキップ・ガイダンス・コンセプトの一部として検討されましたが、有人飛行では採用されませんでした。[ 29 ]このコンセプトは、アルテミス1号ミッションで搭載コンピューターを用いてアメリカ初のスキップ・エントリーを成功させたオリオン宇宙船のような、より近代的な宇宙船にも引き続き採用されています。[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]

飛行力学

簡略化された運動方程式を使用し、大気圏内飛行中の抗力と揚力の両方が機体に作用する重力よりもはるかに大きくなると仮定すると、スキップ再突入飛行に関する以下の解析的関係式が導かれる。[ 33 ]

γF＝−γE、{\displaystyle \gamma _{\mathrm {F} }=-\gamma _{\mathrm {E} },}

ここで、は局所的な水平に対する飛行経路の角度であり、下付き文字の E は進入開始時の条件を示し、下付き文字の F は進入飛行終了時の条件を示します。 γ{\displaystyle \gamma}

進入前後の 速度は次のように関係付けられます。V{\displaystyle V}

VFVE＝経験⁡2γEL/D、{\displaystyle {\frac {V_{\mathrm {F} }}{V_{\mathrm {E} }}}=\exp {\frac {2\gamma _{\mathrm {E} }}{L/D}},}

ここで、車両の 揚抗比はいくらですか。L/D{\displaystyle L/D}

参照

注記

  1. ^イェングストによるAシリーズ兵器の時系列は、多くの報告とは大きく異なっている。例えば、彼はA-9とA-10は単一のICBM設計における上段と下段ではなく、完全に別々の開発だったと示唆している。また、A-4bはSLBMの開発であり、翼を持つA-4ではないと述べている。 [ 9 ]
  2. ^ナバホ計画も1958年にアトラスミサイルに取って代わられ、同じ運命を辿った。

参考文献

引用

  1. ^ a b「ゼンガーからアヴァンガルドへ – 極超音速兵器の成熟、ゼンガーからアヴァンガルドへ – 極超音速兵器の成熟 - 英国王立航空協会」。
  2. ^ 「極超音速兵器は戦争の様相を一変させる可能性がある」 2017年6月6日。
  3. ^ a b Yengst 2010、p. 29。
  4. ^ニューフェルド 1995、92ページ。
  5. ^ a bニューフェルド 1995、93ページ。
  6. ^ダフィー、ジェームズ（2004年）『標的：アメリカ ― ヒトラーの合衆国攻撃計画』プレーガー社、 124ページ 、ISBN 0-275-96684-4。
  7. ^ロイター、クラウス (2000). V2ロケットとドイツ、ロシア、アメリカのロケット計画. ドイツ・カナダ応用史博物館. p. 99. ISBN 9781894643054。
  8. ^ a b Yengst 2010、30–31 ページ。
  9. ^イェングスト 2010、31ページ。
  10. ^ a b Westman, Juhani (2006). 「Global Bounce」 . PP.HTV.fi. 2007年10月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年1月17日閲覧。
  11. ^ウェイド、マーク。「ケルディッシュ」。Encyclopedia Astronautica 。2002年10月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  12. ^ゴッドウィン、ロバート（2003年）『ダイナソア：極超音速戦略兵器システム』アポジーブックス、42ページ。ISBN 1-896522-95-5。
  13. ^「ロケットライナーは宇宙を迂回し航空旅行を加速させる」『ポピュラーサイエンス』 160-161ページ、1955年2月。
  14. ^ドルンベルガー、ウォルター (1956).ロケット推進民間航空機（技術報告書）. ミネソタ工科大学.
  15. ^ Teitel, Amy Shira (2015年6月12日). 「実現しなかった宇宙飛行機」 .ポピュラーサイエンス.
  16. ^ウェイド、マーク。「ASSET」。Encyclopedia Astronautica 。2002年4月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  17. ^ Jenkins, Dennis; Landis, Tony; Miller, Jay (2003年6月). AMERICAN X-VEHICLES An Inventory—X-1 to X-50 (PDF) . NASA. p. 30. 2020年4月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。2024年1月22日閲覧。{{cite book}}: CS1 maint: bot: 元のURLステータス不明（リンク）
  18. ^ウェイド、マーク。「パーシング」。Encyclopedia Astronautica。 2002年3月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  19. ^ "Эксперт об "изделии 4202": теперь США будут меньзе бряцать оружием" .リア。 2016 年 10 月 28 日。2018 年9 月 16 日に取得。
  20. ^ “Первый ракетный полк "Авангарда" заступил на боевое дежурство" .タス（ロシア語）。 2019 年 12 月 27 日。2019 年12 月 27 日に取得。
  21. ^ 「ロシア、新型最新鋭滑空機の量産を開始」TASS。
  22. ^ 「中国、米空母を破壊する『キルウェポン』を開発」米海軍研究所、2009年3月21日。
  23. ^ 「ロシア、24個の弾頭を搭載し時速7,000マイルで飛行する極超音速核グライダーを試験中」 2016年6月15日。
  24. ^ビル・ガーツ（2014年1月13日）「極超音速兵器競争：中国、米国の防衛網を突破すべく高速ミサイルをテスト」ワシントン・フリー・ビーコン。
  25. ^ウルフ、エイミー（2015年2月6日）「通常兵器による即時グローバル攻撃と長距離弾道ミサイル：背景と課題」（PDF）（技術報告書）。議会調査局。
  26. ^ 「ロッキード・マーティン、2度目の極超音速空対地兵器契約を獲得 | Jane's 360」。2018年12月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年12月16日閲覧。
  27. ^ “Lunar L1” . 2016年9月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  28. ^アポロ計画とソ連の宇宙開発競争、アシフ・シディキ、655～656ページ
  29. ^ Bogner, I. (1966年8月4日). 「アポロ・スキップ・ガイダンス」(PDF) . ベルコム.
  30. ^ Bairstow, Sarah Hendrickson (2006).低着陸重量宇宙船の長距離再突入誘導能力（修士論文）. マサチューセッツ工科大学. hdl : 1721.1/35295 .
  31. ^ Brunner, Christopher W.; Lu, Ping (2007年8月20～23日).スキップエントリ軌道計画とガイダンス. AIAAガイダンス、ナビゲーション、および制御会議および展示会. ヒルトンヘッド、サウスカロライナ州. doi : 10.2514/6.2007-6777 .
  32. ^ Rea, Jeremy R.; Putnam, Zachary R. (2007年8月20～23日). 2つのOrionスキップエントリ誘導アルゴリズムの比較. AIAAガイダンス、ナビゲーション、および制御会議および展示会. ヒルトンヘッド、サウスカロライナ州. doi : 10.2514/6.2007-6424 .
  33. ^ Mooij、E (2014).再突入システム講義ノート。デルフト工科大学。

参考文献

「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Non-ballistic_atmospheric_entry&oldid=1320536063」より取得