RL10

RL10
ロンドン科学博物館にあるRL10A-4エンジン
原産国アメリカ合衆国
初飛行1962年（RL10A-1） （1962年）
製造元エアロジェット・ロケットダイン
用途上段エンジン
関連LVアトラス 、デルタIII  、デルタIV  、サターンI  、SLS  、タイタンIIIE  、タイタンIV  、バルカン・ケンタウロスキャンセル：DC-X  、オメガ 、シャトル・ケンタウロス
状況生産中
液体燃料エンジン
推進剤LOX / LH 2
混合比5.88:1
サイクルエキスパンダーサイクル[ 1 ]
構成
ノズル比84:1または280:1
性能
真空時の推力110.1 kN (24,800 lb f )
真空時の比推力465.5秒 (4.565 km/s)
寸法
長さノズル伸長時4.15m (13.6フィート)
直径2.15メートル (7フィート1インチ)
乾燥質量301キログラム (664ポンド)
使用機種
ケンタウロス、DCSS、S-IV
参考文献
参考文献[ 2 ]
注記性能値と寸法はRL10B-2のものです

RL10は、アメリカ合衆国のエアロジェット・ロケットダイン社が製造した液体燃料極低温ロケットエンジンで、極低温液体水素および液体酸素を推進剤とする。最新型は、真空状態でエンジン1基あたり最大110 kN（24,700 lb f）の推力を発揮する。RL10は、アトラスVのセントール上段およびデルタIVのDCSS向けに製造された。さらに、スペース・ローンチ・システムの探査上段やバルカンロケットのセントールV向けに開発中または使用されているバージョンもある。[ 3 ]

このエンジンが採用するエキスパンダーサイクルは、エンジンの燃焼室、スロート、ノズルで吸収された廃熱を利用してターボポンプを駆動します。この熱と水素燃料の組み合わせにより、真空状態で373～470秒（3.66～4.61 km/s）という非常に高い比推力（I sp ）が得られます。エンジンの質量は、エンジンのバージョンに応じて131～317 kg（289～699 lb）の範囲です。[ 4 ] [ 5 ]

歴史

RL10は、アメリカ合衆国で初めて製造された液体水素ロケットエンジンであり、 1950年代にマーシャル宇宙飛行センターとプラット・アンド・ホイットニー社によって開発が始まりました。RL10はもともと、アメリカ空軍のルネックス月着陸船用のスロットルエンジンとして開発されました。[ 6 ]このエンジンは電気火花点火式でした。[ 7 ]

RL10は1959年、フロリダ州ウェストパームビーチにあるプラット・アンド・ホイットニー社のフロリダ研究開発センター で初めて地上試験が行われた。[ 8 ] [ 9 ]初飛行は1963年11月27日に成功した。[ 10 ] [ 11 ]この打ち上げでは、2基のRL10A-3エンジンがアトラスロケットのセントール上段に搭載された。この打ち上げは、機体の高性能および構造健全性試験を、高度な計測機器を用いて実施するために行われた。[ 12 ]

サターンVからのRL10A情報と概要

このエンジンには複数のバージョンが飛行実績がある。サターンIのS-IVは6基のRL10A-3Sエンジンを搭載していたが、これはサターンへの搭載用に改造されたバージョンである[ 13 ]。また、タイタン計画では、2基のRL10A-3-3エンジンを搭載したセントールD-1T上段ロケットが採用された[ 13 ] [ 14 ] 。

マクドネル・ダグラスDC-Xには4基の改造されたRL10A-5エンジンが使用された。[ 15 ]

1999年5月4日のオリオン3号通信衛星を乗せたデルタIIIロケットの打ち上げ失敗の原因は、RL10B-2燃焼室のろう付け欠陥であると特定された。[ 16 ]

アレスIとアレスVを共通のコアステージを共有するロケットファミリーに置き換えるというDIRECTバージョン3.0提案では、J - 246とJ-247打ち上げロケットの第二段にRL10エンジンを推奨した。 [ 17 ]提案されている木星上段ロケットには最大7基のRL10エンジンが使用され、スペース・ローンチ・システム探査上段ロケット と同等の役割を果たすことになっていた。

共通拡張可能極低温エンジン

部分スロットル時のCECE

2000年代初頭、NASAはプラット・アンド・ホイットニー・ロケットダイン社と契約を結び、共通拡張可能極低温エンジン（CECE）実証機の開発に着手した。CECEは、ディープスロットリングが可能なRL10エンジンの開発を目指していた。[ 18 ] 2007年には、11:1のスロットル比での動作（多少の「チャグ」音を伴う）が実証された。[ 19 ] 2009年、NASAは104%推力から8%推力へのスロットリングに成功したと報告しており、これはこの種のエキスパンダーサイクルエンジンとしては記録的な数値である。チャグ音は、推進剤の圧力、温度、流量を制御するインジェクターと推進剤供給システムの改良によって解消された。[ 20 ] 2010年には、スロットル範囲がさらに拡大され、17.6:1の比率となり、104%から5.9%の電力でスロットルが調整されるようになりました。[ 21 ]

2010年代初頭に後継機が登場する可能性

RL10B-2エンジンを搭載したデルタIV中型ロケットの第2段

2012年、NASAは米国空軍（USAF）と協力して次世代の上段推進力を研究し、エアロジェット ロケットダイン RL10に代わる新しい上段エンジンに対する両機関の共同の関心を正式なものにしました。

RL10の定価は分かっています。経年変化によるコストを見ると、EELVの単価の大部分は推進システムによるものです。RL10は非常に古いエンジンであり、製造には多くの熟練工が関わっています。…この調査では、RL10の後継機を製造する価値があるかどうかを明らかにしたいのです。

— デール・トーマス、マーシャル宇宙飛行センター技術担当ディレクター[ 22 ]

NASAはこの研究から、スペース・ローンチ・システム（SLS）の上段に使用できる、より安価なRL10クラスのエンジンを発見することを期待した。[ 22 ] [ 23 ]

米空軍は、米国政府の衛星を宇宙に打ち上げる主な手段であったロッキード・マーティン・アトラスVとボーイング・デルタIV発展型使い捨て打ち上げ機（EELV）の上段で使用されていたロケットダインRL10エンジンの置き換えを望んでいた。[ 22 ]関連する要件調査は、手頃な価格の上段エンジンプログラム（AUSEP）の下で同時に実施された。[ 23 ]

改良

RL10は数十年にわたって複数回のアップグレードを経てきました。DCSSに使用されているRL10B-2は、カーボンファイバー製の伸縮式ノズルと電気機械式ジンバルを採用し、重量を軽減して信頼性を高め、比推力465.5秒（4.565 km/s）を達成しました。[ 24 ] [ 25 ]

エアロジェット・ロケットダインは2000年代初頭、RL10の製造に3Dプリンティング（積層造形）を導入した。RL10C-1-1は、ニッケル超合金製のメインインジェクターを備えた3Dプリント部品を搭載した最初のエンジンだった。 [ 26 ]その経験を基に、同社は2015年に積層造形の銅製スラストチャンバーを採用した、より大規模なアップグレードの開発を開始した。同社によると、この新しいプロセスにより、チャンバーの製造時間が、以前の手作業で製造されていたステンレス鋼製チャンバーと比較して約20か月から4～6か月に短縮され、1か月に1台ではなく、1週間に最大1台のエンジンを製造できるようになったという。開発中にRL10C-Xと命名されたこの派生型は、RL10E-1として生産に入り、ユナイテッド・ローンチ・アライアンスのバルカン・セントールロケットに搭載される予定で、初飛行は2025年に予定されている。[ 27 ] [ 28 ]

用途

現在

  • セントールIII：単発エンジンのセントール（SEC）バージョンはRL10C-1を使用し、[ 3 ]双発エンジンのセントール（DEC）バージョンは小型のRL10A-4-2を使用しています。[ 29 ] アトラスVミッション（SBIRS-5）は、RL10C-1-1バージョンが初めて使用されたミッションでした。ミッションは成功しましたが、予期せぬ振動が観測されたため、問題がよりよく理解されるまでRL10C-1-1モデルのさらなる使用は保留されています。[ 30 ]このエンジンはSBIRS-6でも再び正常に使用されました
  • セントールV段：2018年5月11日、ユナイテッド・ローンチ・アライアンス（ULA）は、競争入札の結果、RL10上段エンジンが同社のヴァルカン・セントールロケットに採用されたと発表した。 [ 31 ]セントールVの初期バージョンではRL10C-1-1が使用されるが、[ 3 ]後期バージョンでは2025年にRL10Eに移行する予定である。[ 32 ]ヴァルカンは2024年1月8日に初飛行に成功した。[ 33 ]
  • 暫定極低温推進ステージ: 暫定極低温推進ステージ (ICPS) は SLS に使用され、エンジンが RL10B-2 であり、直径 8.4 メートル (28 フィート) のコアステージの上部に 4 基のRS-25スペースシャトル メイン エンジンを搭載するように適合されている点を除けば、DCSS と類似しています。

開発中

キャンセル

バージョン表

バージョン ステータス 初飛行 乾燥質量 推力 比推力（v e）、真空長さ ノズル径 長さ:幅直径:高さ膨張比燃焼時間 関連段階 注記
RL10A-1引退 1962年 131 kg (289ポンド) 67 kN (15,000ポンドf ) 425秒 (4.17 km/秒) 1.73メートル (5フィート8インチ) 1.53メートル (5フィート0インチ) 52:1 5:1 40:1 430秒 ケンタウロスAプロトタイプ[ 13 ] [ 29 ] [ 39 ] [ 40 ]
RL10A-3C引退 1963 131 kg (289ポンド) 65.6 kN (14,700 lb f ) 444秒 (4.35 km/s) 2.49メートル (8フィート2インチ) 1.53メートル (5フィート0インチ) 51:1 5:1 57:1 470秒 ケンタウロスB/C/D/E [ 41 ]
RL10A-3S引退 1964年 134 kg (296ポンド) 67 kN (15,000ポンドf ) 427秒 (4.19 km/s) 1.73メートル (5フィート8インチ) 0.99メートル (3フィート3インチ) 51:1 5:1 40:1 482秒 S-IV[ 13 ] [ 10 ]
RL10A-4引退 1992 168 kg (370ポンド) 92.5 kN (20,800ポンドf ) 449秒 (4.40 km/s) 2.29メートル (7フィート6インチ) 1.17メートル (3フィート10インチ) 56:1 5.5:1 84:1 392秒 ケンタウロスIIA[ 13 ] [ 42 ]
RL10A-5引退 1993 143 kg (315ポンド) 64.7 kN (14,500ポンドf ) 373秒 (3.66 km/s) 1.07メートル (3フィート6インチ) 1.02メートル (3フィート4インチ) 46:1 6:1 4:1 127秒 DC-X[ 13 ] [ 43 ]
RL10B-2引退 1998年 301 kg (664ポンド) 110.1 kN (24,750ポンドf ) 465.5秒 (4.565 km/s) 収納時：2.2 m (7フィート2.5インチ)
展開時：4.15 m (13フィート7.5インチ) 		2.15メートル (7フィート0.5インチ) 40:1 5.88:1 280:1 5メートル: 1,125秒
4分：700秒 		DCSS ICPSRL10C-2の後継機。[ 2 ] [ 44 ] [ 25 ]
RL10A-4-1引退 2000 167 kg (368 ポンド) 99.1 kN (22,300 ポンドf ) 451秒 (4.42 km/秒) 1.78メートル (5フィート10インチ) 1.53メートル (5フィート0インチ) 61:1 84:1 740秒 ケンタウロスIIIA[ 13 ] [ 45 ]
RL10A-4-2アクティブ 2002 170 kg (370ポンド) 99 kN (22,300ポンドf ) 451秒 (4.42 km/秒) 2.29メートル (7フィート6インチ) 1.17メートル (3フィート10インチ) 61:1 84:1 740秒 ケンタウロスIIIBケンタウロスSECケンタウロスDEC スターライナーの打ち上げに使用されます。[ 13 ] [ 46 ] [ 47 ]
RL10B-Xキャンセル 該当なし317 kg (699 ポンド) 93.4 kN (21,000 lb f ) 470秒 (4.6 km/s) 1.53メートル (5フィート0インチ) 30:1 250:1 408秒 セントーBX[ 48 ]
CECE 実証プロジェクト 該当なし160 kg (350 ポンド) 67 kN (15,000 ポンドf )、スロットル開度5～10% >445秒 (4.36 km/s) 1.53メートル (5フィート0インチ) 43:1 該当なし[ 49 ] [ 50 ]
RL10C-1引退 2014 190 kg (420ポンド) 101.5 kN (22,820ポンドf ) 449.7秒 (4.410 km/s) 2.18メートル (7フィート2インチ) 1.45メートル (4フィート9インチ) 57:1 5.5:1 130:1 セントー SECセントー DEC RL-10C-1-1の後継機。[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] [ 47 ]
RL10C-1-1アクティブ 2021 188 kg (415 ポンド) 105.98 kN (23,825 ポンドf ) 453.8秒 (4.450 km/s) 2.46メートル (8フィート0.7インチ) 1.57メートル (5フィート2インチ) 57:1 5.5:1 155:1 アト​​ラス：842秒
バルカン：1,077秒 		ケンタウロスSECケンタウロスV アトラスVとバルカン・ケンタウロスの現在の標準エンジン。[ 13 ] [ 3 ]
RL10C-2-1引退 2022 301 kg (664ポンド) 110.1 kN (24,750ポンドf ) 465.5秒 (4.565 km/s) 収納時：2.2 m (7フィート2.5インチ)
展開時：4.15 m (13フィート7.5インチ) 		2.15メートル (7フィート0.5インチ) 37:1 5.88:1 280:1 DCSS[ 54 ] [ 55 ]
RL10C-2納入済み、未飛行 2026年（予定） 110.1 kN (24,750ポンドf ) 465.5秒 (4.565 km/s) 収納時：2.2 m (7フィート2.5インチ)
展開時：4.15 m (13フィート7.5インチ) 		2.15メートル（7フィート1インチ） 37:1 5.88:1 280:1 ICPSC-3の転換[ 56 ]
RL10C-3納入済み、未飛行 2028年（予定） 230 kg (508ポンド) 108.3 kN (24,340ポンド) 460.1秒 (4.512 km/s) 3.16メートル (10フィート4.3インチ) 1.85メートル (6フィート1インチ) 48:1 5.7:1 215:1 EUS[ 13 ] [ 3 ] [ 56 ]
RL10C-5-1キャンセル 該当なし188 kg (414ポンド) 105.98 kN (23,825 ポンドf ) 453.8秒 (4.450 km/s) 2.46 m (8フィート0.7インチ) 1.57 m (4フィート9インチ) 57:1 5.5:1 オメガA[ 3 ] [ 36 ]
RL10E-1納入済み、未飛行 2025年（予想） 231 kg (509ポンド) 107.29 kN (24,120ポンドf ) 460.9秒（4.520 km/s） 3.31メートル (10フィート10インチ) 1.87メートル (6フィート2インチ) 47.29:1 5.5:1 ケンタウルスV積層造形[ 57 ] [ 58 ]
  • RL10A-1
    RL10A-1
  • RL10A-3S
    RL10A-3S
  • RL10A-4
    RL10A-4
  • RL10A-4-2
    RL10A-4-2
  • RL10B-2
    RL10B-2

展示中のエンジン

参照

参考文献

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参考文献

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