RLV技術実証プログラム

RLV技術実証プログラム
RLVプログラムのための技術開発ビークル（TDV）
プログラム概要
国インド
組織インド宇宙研究機関
番組の歴史
間隔2012年～現在[ 1 ]
初飛行2016年5月23日 01:30 UTC [ 2 ]
成功弾道飛行1回、 着陸飛行3回
発射場
車両情報
打ち上げ機改造-GSLV Mark II L40ステージ

再使用型打ち上げ機技術実証プログラムは、第2段がスペースプレーンである2段軌道投入型（TSTO）再使用型打ち上げ機の実現に向けた第一歩としてISROによって考案された一連の技術実証ミッションである。[ 3 ]

この目的のために、有翼再使用型ロケット技術実証機（RLV-TD）が開発されました。RLV-TDは、動力巡航飛行、極超音速飛行、空気吸入式推進による自律着陸といった様々な技術を評価するための飛行試験台として機能しました。これらの技術を適用することで、打ち上げコストを10分の1に削減することができます。[ 4 ]このプロジェクトは、インドの防衛研究開発機構（DRO）によるアバター宇宙飛行機構想とは一切関係がありません。[ 5 ]

歴史

2006年にインド宇宙研究機関（ISRO）は、入口マッハ数6で約7秒間の安定した超音速燃焼を実証するための一連の地上テストを実施しました。[ 6 ]

2010年3月、ISROは新型探査ロケット「先端技術ロケット（ATV-D01）」の飛行試験を実施した。打ち上げ時の重量は3トン、直径は0.56メートル（1フィート10インチ）、長さは約10メートル（33フィート）であった。[ 7 ]このロケットは、空気吸入式推進技術の実証試験台として、受動型スクラムジェットエンジン燃焼器モジュールを搭載していた。 [ 8 ]

2012年1月、インド宇宙研究機関（ISRO）は、再使用型ロケット技術実証機（RLV-TD）と呼ばれる縮小試作機の製造と試験が承認されたと発表した。[ 9 ] RLV-TD試作機の空力特性評価は、インド国立航空宇宙研究所（National Aerospace Laboratories）によって実施された。RLV-TDは、ハイデラバードに拠点を置く民間企業CIM Technologiesによって、現在、最終段階の建造に入っている。RLV-TDの固定着陸装置は、Timetooth Technologies社から供給された。実物大のRLVでは、引き込み式着陸装置が採用される予定である。[ 10 ]

2015年5月までに、トゥンバ赤道ロケット発射ステーションのヴィクラム・サラバイ宇宙センター（VSSC）の技術者は、大気圏再突入時の高熱からRLV-TDを保護するために、その外面に断熱タイルを設置していた。[ 11 ]この試作機の重量は約1.5トンで、使い捨て固体ブースターHS9の上に搭載され、高度65kmまで飛行した[ 11 ] 。 [ 12 ] [ 13 ]

2016年8月28日、インド宇宙研究機関（ISRO）は、サティシュ・ダワン宇宙センターから先進技術宇宙船ATV-D02の2回目の開発飛行を行い、スクラムジェットエンジンの試験に成功した。 [ 14 ] [ 15 ]スクラムジェットエンジンは、開発の後の段階でRLVに統合される予定である。[ 16 ]

2024年2月、インド工科大学カンプール校は、航空宇宙工学科の極超音速実験空気力学研究所（HEAL）内に、S2と呼ばれる超高速膨張トンネル試験施設を建設し、評価を行いました。S2施設では、スクラムジェットの飛行や大気圏突入などの極超音速状態を再現できます。この施設は、RLV技術実証プログラムを支援することが期待されています。[ 17 ]

プシュパク（RLV-TD）

RLV-TD HEX01

プシュパク（サンスクリット語、ISO：Puṣpaka、直訳すると「小さな花」、同名の：Pushpaka Vimana）[ 18 ] （ RLV-TDまたは再使用型打ち上げロケット技術実証機とも呼ばれる）は、2012年に開始されたISROのRLV技術実証プログラムのために開発されたインド初の無人飛行テストベッドである。これは、最終的な2段軌道投入（TSTO）再使用型打ち上げロケットの縮小版プロトタイプである。

2012年1月、ISROの再使用型打ち上げ機の設計が国家審査委員会によって承認され、製造許可が与えられた。この機体は「再使用型打ち上げ機技術実証機」（RLV-TD）と命名された。[ 19 ] ISROは、低軌道へのペイロードの打ち上げコストを、現在の1kgあたり2万ドルから4,000ドルへと80%削減することを目指している。 [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]

RLV-TD は、極超音速飛行、自動着陸、動力巡航飛行、空気吸入エンジン推進による極超音速飛行、極超音速実験 など、さまざまな側面をテストすることを目的として開発されました。

ISROは4回のRLV-TD試験飛行を計画している。[ 19 ] [ 23 ] [ 24 ]

  • HEX（極超音速飛行実験） -完了
  • LEX（着陸実験） -完了
  • REX（帰還飛行実験）、後にOREX（軌道帰還飛行実験）に改名 -計画中
  • SPEX（スクラムジェット推進実験） -計画中

ヴィクラム・サラバイ宇宙センター、国立航空宇宙研究所、インド科学研究所の750人のエンジニアからなるチームが、RLV-TDと関連ロケットの設計開発に取り組んだ。RLV-TDは、120時間の風洞実験、5,000時間の数値流体力学、1,100回の飛行シミュレーション試験を経た。RLV-TDの質量は1.75トン、翼幅は3.6メートル、全長は6.5メートル（ロケットを除く）。この車両の降着装置には600枚の耐熱タイルが使用され、デルタ翼と角度のついた尾翼が特徴である。[ 25 ] [ 26 ]プロジェクトの総費用は9億5,000万ルピー（ 2023年時点で13億7,000万ルピー、1,620万米ドルに相当）であった。[ 27 ] [ 28 ]今後の開発計画には、飛行中に液化酸素の代わりに大気中の酸素を利用することを目的とした空気吸入推進システムのテストが含まれています。[ 29 ]空気力学的特性の研究は、国立航空宇宙研究所の1.2m三音速風洞施設で実施されました。 [ 30 ]

空気呼吸推進プロジェクト

2006年1月、インド宇宙研究機関（ISRO）は、ティルヴァナンタプラムのヴィクラム・サラバイ宇宙センターにおいて、スクラムジェット（超音速ラムジェット）の設計、開発、試験を完了しました。地上試験では、吸気マッハ数6での安定した超音速燃焼が7秒間実証されました。

2010年3月3日、インド宇宙研究機関（ISRO）は、スリハリコタのサティシュ・ダワン宇宙センターから新型探査ロケットATV-D01の飛行試験に成功しました。ATV-D01は打ち上げ時の重量が3トンで、当時ISROが開発した探査ロケットの中で最も重いものでした。パッシブスクラムジェットエンジンを搭載していました。ロケットは7秒間飛行し、マッハ数6+0.5、動圧80+35kPaを達成しました。[ 31 ] [ 32 ]

2016年8月28日、ISROは5分間の飛行でスクラムジェットエンジンをテストした。高度20キロメートルで、先端技術車両に取り付けられたスクラムジェットエンジンに点火した。5秒間燃料を燃焼させ、空気呼吸推進プロジェクトによるデュアルモードラムジェット（DMR）開発の重要なマイルストーンとなった。 [ 33 ]スクラムジェットエンジンの打ち上げ時の重量は3,277kgだった。実証に成功した重要な技術には、燃料噴射システム、空気取り入れ口のメカニズム、超音速での空気呼吸エンジンの点火、超音速での炎の保持などがある。飛行操作のあらゆる側面は、事前にプログラムされたシーケンスに従った。極超音速エンジンの空気取り入れ口、超音速燃焼器の設計と開発、非常に高い温度に耐えられる材料、極超音速流をシミュレートする計算ツール、適切な熱管理、エンジンの地上テストは、ISROが首尾よく克服した技術的課題のほんの一部に過ぎない。[ 34 ] [ 35 ]

2024年7月23日、インド宇宙研究機関（ISRO）は、空気呼吸推進技術の2回目の実験飛行実証を事実上完了させた。実験に使用されたロヒニRH-560探査ロケットの両側に、空気呼吸推進システムが対称的に配置された。空気呼吸推進システムは正常に点火され、試験は満足のいく結果を得た。飛行中は、推進システムの性能を評価するため、110項目のパラメータが徹底的に監視された。[ 36 ]

RLV TD実験

極超音速飛行実験

RLV-HEX01 フライトバッジ

再使用型打ち上げロケット極超音速飛行実験（RLV HEX）は、RLV技術実証プログラムにおける最初のテスト飛行であった。HEXは2016年5月23日に無事に実施された。[ 2 ] [ 37 ] [ 38 ] RLV-TDは、胴体、ノーズキャップ、ダブルデルタ翼、ツイン垂直ラダーで構成される。エレボンとラダーと呼ばれる能動的な操縦翼面を持つ。[ 38 ]ツインラダーを除けば、形状と操作性は小型のスペースシャトルオービターに似ている。TDVは約600枚の耐熱シリカタイルとフレキシブル外部断熱材を使用し、ノーズキャップはSiCコーティングを施したカーボン-カーボン複合材で作られている。ツインラダーの前縁はインコネル718、主翼前縁は15CDV6である。[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]

HEXはインドが開発した再使用型打ち上げロケットの最初の試験飛行であった。試験飛行の目的は以下の通りであった。[ 45 ]

  • 極超音速飛行中の空力設計特性の検証
  • 大気圏を通過する極超音速降下中に誘発される荷重の特性評価
  • 機首部分の構造に使用されている炭素繊維の性能を評価する
  • 第一段階の分離シーケンスのデモンストレーション

機体は飛行中、スリハリコタの地上局と艦上ターミナルから追跡された。打ち上げから着水までの総飛行時間は約773.6秒であった。[ 46 ]機体は回収される予定はなかった。[ 47 ] [ 48 ] ISROは「近い将来」、スリハリコタ島 に4kmを超える滑走路を建設する計画である。この飛行では、自律航法、誘導制御、再利用可能な耐熱システム、降下ミッションマネジメントといった重要な技術が検証された。[ 49 ]

着陸実験

再使用型ロケット着陸実験（RLV-LEX）は、極超音速飛行実験に続くRLV技術実証プログラムにおける2回目の試験飛行でした。この実証試験は、2段軌道投入（TSTO）完全再使用型ロケットの開発への道を開くものです。さらに、RLV-LEXと同様の試験をさらに実施し、風、様々な故障条件、その他の要因など、他の条件を試験して、ロケットの試験を最終決定する予定です。[ 50 ]このような試験は2023年4月から2024年6月の間に3回実施されました。ドローグシュートを使用して速度を時速100キロメートルまで減速し、前輪ブレーキを使用して停止させました。[ 51 ]

再使用型ロケット自律着陸ミッション（RLV-LEX-01）

RLV-LEX-01

RLV-LEXは2023年4月2日にチトラドゥルガ航空試験場で成功裏に実施された。[ 52 ]飛行は午前7時10分に離陸し、高度4.6kmで空中放出された。機体は午前7時40分頃に着陸した。

試験飛行の目的には以下が含まれていた。[ 53 ]

  • 宇宙再突入機の着陸の正確な条件をシミュレート - 同じ帰還経路からの高速、無人、自律、正確な着陸
  • 軌道再突入宇宙船が帰還経路で経験する可能性のある、地上相対速度、着陸装置の沈下率、正確な機体速度などの着陸パラメータを検証する

ミッションの成功後、ISROのS・ソマナス議長は報道陣に対し、様々な条件下でのソフトウェアとハ​​ードウェアの準備状況を確認するため、今後同様の着陸試験をさらに実施する計画だと述べた。報道されている試験では、高度約4.5キロメートルから機体を落下させ、その後、機体が自動で着陸誘導を行う必要がある。[ 54 ]この試験は遡及的にRLV-LEX-01と呼ばれる。

RLV-LEX-02

2024年3月22日にはチトラドゥルガ航空試験場で別の着陸実験が行われた。[ 55 ]実験のより困難な操縦と分散のため、機体は滑走路に自律着陸する前にクロスレンジとダウンレンジの両方の偏差を修正する必要があった。[ 56 ]機体は必要なクロスレンジの修正を行った後、滑走路上で正確に停止するために、ノーズホイール操舵システム、着陸装置ブレーキ、およびドラッグパラシュートを使用した。RLV-LEX-02はRLV-LEX-01と同じ飛行実証機を使用した。液体推進システムセンター（LPSC）、ISRO慣性システムユニット（IISU）、ヴィクラム・サラバイ宇宙センター、およびインド空軍は、航空開発機関（ADE）、空中配送研究開発機関（ADRDE）、およびその他の機関と協力してミッションを完了した。[ 57 ] [ 58 ]

RLV-LEX-03

ISROは、3回目で最後のRLV着陸実験であるRLV-LEX-03の準備を完了した。2024年6月7日のミッション準備レビュー会議で、ヴィクラム・サラバイ宇宙センター所長のS・ウニクリシュナン・ネール氏は、気象条件次第ではあるが、6月前半にチトラドゥルガ航空試験場で実施するミッションを認定した。高度は同じだが滑走路からの横方向の距離が150メートルだったLEX-02とは対照的に、プシュパクはLEX-03でIAFのチヌークヘリコプターで高度4.5キロメートル、滑走路の片側500メートルまで飛行してから放出される。LEX-03ミッションの目標は、衝撃重量を軽減するために、沈下率、つまり降下率を下げる方法を調査することである。プシュパクにはリアルタイム・キネマティクス（RTK）パッケージが搭載される。このテストでは、追い風のシナリオでプシュパックがどの程度の性能を発揮するかも判定されます。[ 59 ]

LEX-03 の新しいオンボード キネマティクス パッケージは、マルチセンサー フュージョンを通じてNavIC の精度を向上させ、自律着陸のリアルタイム エラー修正を可能にしました。

悪天候のため、試験日は6月の第2週末に変更された。[ 60 ]試験は6月23日にチトラドゥルガ航空試験場で成功裏に実施された。プシュパクはインド空軍のチヌークヘリコプターから高度4.5kmで放出された。[ 61 ]

プシュパックはLEX-03ミッション中、自動的にクロスレンジ修正機動を実施し、滑走路に進入し、滑走路中心線に正確に水平着陸した。着陸後、機体のブレーキングパラシュートを使用して時速約100キロメートルまで減速し、その後、着陸装置のブレーキを使用して機体を滑走路上で停止させ、減速させた。プシュパックは、この地上走行フェーズにおいて、機首車輪とラダー操舵システムを使用して、滑走路に沿って安定かつ正確な地上走行を自動的に維持した。[ 62 ]

このミッションでは、宇宙から帰還する機体の高速着陸条件と進入・着陸インターフェースを再現した。次期軌道帰還飛行実験に必要な、横方向および縦方向の平面誤差補正に対応した高度な誘導システムの検証も行われた。試験機には、擬似衛星システム、慣性センサー、レーダー高度計、フラッシュエアデータシステム、NavIC受信機などのマルチセンサー融合装置が搭載されていた。RLV-LEX-03は、LEX-02の翼付き機体と飛行システムを一切改造せずに再利用することで、飛行システムの堅牢性と複数のミッションへの適応性を実証した。[ 62 ]

未来

ISROは、さらに2つの実験、OREX（軌道帰還飛行実験）とSPEX（スクラムジェット推進実験）を計画している。[ 11 ] [ 63 ] [ 64 ] OREXは、GSLVロケットで打ち上げられ、 CUS上段の代わりにPS-4段（通常のGSLV打ち上げとは異なり、弾道飛行に必要な性能が低いため）と軌道再突入体（ORV）のオジーブペイロードフェアリングの代わりに軌道再突入体（ORV）が使用され、地球の大気圏に再突入して着陸し、プロジェクトの実現可能性を実証する。OREXの機体は着陸実験のPushpakプラットフォームの1.6倍の大きさになる。地球の大気圏への安全な再突入のために、引き込み式の着陸装置と熱保護システムを備える。[ 59 ]

RLV TDの写真
  • RLV-TD HEX01、輸送中のTDV
    RLV-TD HEX01、輸送中のTDV
  • 打ち上げ前の RLV-TD HEX01、スリハリコタのサティシュ・ダワン宇宙センター第一発射台 (SDSC SHAR)
    打ち上げ前の RLV-TD HEX01、スリハリコタのサティシュ・ダワン宇宙センター第一発射台 (SDSC SHAR)
  • スリハリコタのサティシュ・ダワン宇宙センター第一発射台（SDSC SHAR）からのRLV-TD HEX01の打ち上げ02
    スリハリコタのサティシュ・ダワン宇宙センター第一発射台（SDSC SHAR）からのRLV-TD HEX01の打ち上げ02
  • LEX-01 車両の着陸パラメータをシミュレートします。
    LEX-01 車両の着陸パラメータをシミュレートします。
  • LEX-02初の自律着陸。
    LEX-02初の自律着陸。
  • LEX-03 は、自律着陸操作中の安全性を高めるために、新しい運動学パッケージ、強化された衛星ナビゲーション、およびマルチセンサー融合を利用して、リアルタイムのパラメータ変更とエラー修正を実現しました。
    LEX-03 は、自律着陸操作中の安全性を高めるために、新しい運動学パッケージ、強化された衛星ナビゲーション、およびマルチセンサー融合を利用して、リアルタイムのパラメータ変更とエラー修正を実現しました。

参照

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