打ち上げ機

打ち上げ機は、通常、ロケット推進の乗り物で、ペイロード（有人宇宙船または衛星）を地球の表面または下層大気から宇宙空間へ運ぶために設計されています。最も一般的な形態は弾道ミサイル型の多段式ロケットですが、この用語はより一般的な意味で、スペースシャトルのような乗り物も含みます。ほとんどの打ち上げ機は発射台から運用され、発射管制センターや機体の組み立て、燃料補給などのシステムによってサポートされています。 [ 1 ]打ち上げ機は高度な空力技術を用いて設計されており、それが運用コストの高騰につながっています。

軌道打ち上げ機は、ペイロードを少なくとも宇宙の境界、約150 km（93マイル）まで打ち上げ、水平速度7,814 m/s（17,480 mph）以上に加速する必要があります。[ 2 ]弾道打ち上げ機は、ペイロードをより低い速度で打ち上げるか、水平よりも大きな仰角で打ち上げられます。

実際の軌道打ち上げ機では、固体燃料、液体水素、灯油、液体酸素、自燃性推進剤などの化学推進剤が使用されます。

打ち上げロケットは、軌道積載量によって小型、中型、大型、超大型の打ち上げロケットに分類されます。

歴史

ロシアのソユーズTMA-5号がカザフスタンのバイコヌール宇宙基地から打ち上げられ、国際宇宙ステーションに向かった。

宇宙開発競争の終結後、宇宙飛行は国際協力の拡大、低軌道へのアクセスの安価化、商業ベンチャーの拡大を特徴としてきました。惑星間探査機は太陽系のすべての惑星を訪れ、人類はミールや国際宇宙ステーションなどの宇宙ステーションに長期間滞在しました。最近では、中国が独立した有人ミッションを開始する能力を持つ3番目の国として浮上し、商業部門の事業者は再利用可能なブースターシステムと空中プラットフォームから打ち上げる宇宙船を開発しました。2020年には、SpaceXがCrew Dragon Demo-2で国際宇宙ステーションへの有人ミッションの打ち上げに成功した最初の商業事業者となりました。

軌道上の質量

打ち上げロケットの比較。LEO、GTO、TLI、MTOへのペイロード質量を表示します。

NASAは、打ち上げロケットを低軌道ペイロードの能力に応じて分類している。[ 3 ]

観測ロケットは小型ロケットに似ていますが、通常はさらに小型で、ペイロードを軌道に乗せることはありません。2018年には、改造されたSS-520観測ロケットが4キログラムのペイロード（ TRICOM-1R）を軌道に乗せるために使用されました。 [ 7 ]

一般情報

ヴェルナー・フォン・ブラウンによる宇宙空間への挑戦(1955 年) 。

軌道上の宇宙飛行には、衛星または宇宙船のペイロードを非常に高い速度まで加速する必要があります。宇宙空間の真空中では、質量の放出によって反作用力が生じ、結果としてロケット方程式が成立します。宇宙飛行の物理的性質上、目的の軌道に到達するには通常、ロケット段が必要となります。

使い捨て型ロケットは1回限りの使用を想定して設計されており、ブースターは通常、ペイロードから分離し、大気圏再突入時または地面との接触時に分解します。一方、再使用型ロケットは、無傷で回収され、再び打ち上げられるように設計されています。ファルコン9は再使用型ロケットの一例です。[ 8 ] 2023年現在、運用されたすべての再使用型ロケットは部分的に再利用可能であり、一部の部品は回収されますが、その他は回収されません。これは通常、特定の段階（通常は第1段階のみ）の回収を意味しますが、ロケットの特定の段階の部品のみが回収され、他の部品が回収されない場合もあります。例えば、スペースシャトルでは、固体ロケットブースター、第2段としても機能するスペースシャトルオービター、コアステージで使用されたエンジン（オービターの後部に位置するRS-25）は回収され、再利用されましたが、エンジンが燃料を供給していた燃料タンク（エンジンとは別個にあった）は再利用されませんでした。

たとえば、欧州宇宙機関はアリアネ Vを担当しており、ユナイテッド・ローンチ・アライアンスはデルタ IVロケットとアトラス Vロケットの製造と打ち上げを行っています。

発射台の位置

中国企業オリエンスペースによる海上発射

発射台は、陸上（宇宙港）、固定式海洋プラットフォーム（サンマルコ）、移動式海洋プラットフォーム（シーランチ）、潜水艦に設置できます。また、打ち上げ機は空中から打ち上げることもできます。

飛行体制

打ち上げ機は、地球表面のどこかからペイロードを積んで打ち上げられます。軌道に到達するには、大気圏を離脱するために垂直方向に移動する必要がありますが、地面への再接触を防ぐために水平方向に移動する必要があります。必要な速度は軌道によって異なりますが、日常生活で遭遇する速度と比べると常に極めて高い速度となります。

打ち上げロケットの性能は様々です。例えば、静止軌道（GEO）に向かう衛星は、打ち上げロケットの上段で直接投入するか、静止トランスファ軌道（GTO）に打ち上げることができます。直接投入は打ち上げロケットへの要求が大きくなり、GTOは宇宙船への要求が大きくなります。軌道投入後は、打ち上げロケットの上段と衛星の能力が重複する場合がありますが、上段の軌道寿命は数時間から数日程度であるのに対し、宇宙船は数十年にわたって稼働します。

分散型起動

分散打ち上げとは、複数の宇宙船を打ち上げることで目標を達成することです。国際宇宙ステーションのような大型宇宙船は、軌道上でモジュールを組み立てたり、宇宙空間で燃料を輸送することで、地球周回軌道や深宇宙探査機のデルタV能力を大幅に向上させたりすることで建設できます。分散打ち上げは、単一の打ち上げ方式では不可能な宇宙ミッションを可能にします。[ 9 ]

分散打ち上げのためのミッションアーキテクチャは2000年代に検討され[ 10 ] 、統合型分散打ち上げ機能を組み込んだ打ち上げ機の開発は2017年にスターシップの設計から始まりました。スターシップの標準的な打ち上げアーキテクチャは、低地球軌道で宇宙船に燃料を補給し、より高エネルギーのミッションで高質量のペイロードを打ち上げることです[ 11 ] 。

発射場に戻る

1980年以降、2010年代までに、2つの軌道打ち上げ機が発射場への帰還能力（RTLS）を開発した。米国のスペースシャトル（その1つのアボートモード[ 12 ] [ 13 ]）とソ連のブラン[ 14 ]は、どちらもロケットのスペースプレーン部分を水平着陸させる 機構によって、ロケットの一部を発射場に帰還させる機能が設計に組み込まれていた。どちらの場合も、主推進構造と大型燃料タンクは使い捨てであり、これはそれ以前に飛行したすべての軌道打ち上げ機の標準的な手順であった。どちらもその後、実際の軌道上の公称飛行で実証されたが、どちらも打ち上げ中にアボートモードも備えており、公称外の打ち上げ後に乗組員がスペースプレーンを着陸させることも考えられた。[ 15 ]

2000年代には、SpaceXとBlue Originの両社が、打ち上げロケットのブースター段の垂直着陸をサポートする一連の技術を独自に開発しました。2010年以降、SpaceXは、 Falcon 9軌道打ち上げロケットの一部である第1段を持ち帰って垂直に着陸させる能力を獲得するための開発プログラムに着手しました。最初の着陸に成功したのは2015年12月です。[ 16 ] 2017年以降、ロケットの各段は、発射場に隣接する着陸パッドか、発射場から少し離れた海上の着陸プラットフォームに定期的に着陸しています。 [ 17 ] Falcon Heavyも同様に、第1段を構成する3つのコアを再利用するように設計されています。 2018年2月の初飛行では、2つの外側のコアは発射場の着陸パッドに正常に帰還しましたが、中央のコアは海上の着陸プラットフォームを目指しましたが、着陸には成功しませんでした。[ 18 ]

ブルーオリジンは、弾道飛行用のニューシェパードロケット の帰還と着陸に同様の技術を開発し、2015年に帰還を実証し、2016年1月には同じブースターを2回目の弾道飛行で再利用することに成功した。[ 19 ] 2016年10月までに、ブルーオリジンは同じ打ち上げロケットを合計5回再飛行させ、着陸に成功した。[ 20 ]両方のロケットの打ち上げ軌道は非常に異なり、ニューシェパードはまっすぐ上下に進むのに対し、ファルコン9はかなりの距離を水平方向に飛ばして帰還する必要がある。[ 21 ]

Blue OriginとSpaceXはどちらも、さらに再利用可能な打ち上げ機を開発中です。Blueは、軌道上のNew Glenn LVの第1段を再利用可能なものとして開発しており、初飛行は2024年以降に計画されています。SpaceXは、惑星間宇宙へのミッション用に新しい超重量級打ち上げ機を開発中です。SpaceX Starshipは、RTLS、垂直着陸、およびStarshipで使用するために設計されたブースター段と統合された第2段/大型宇宙船の完全な再利用をサポートするように設計されています。[ 22 ]最初の打ち上げ試行は2023年4月に行われましたが、両方の段が上昇中に失われました。[ 23 ] 5回目の打ち上げ試行は、ブースター12が発射タワーにキャッチされ、上段のShip 30がインド洋に無事着陸して終了しました。[ 24 ]

参照

注記

参考文献

  1. ^ 「NASA​​、ケネディ宇宙センターの『傷ついた』打ち上げシステムのアップグレードを中止」フロリダ・トゥデイ。2002年10月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  2. ^ Hill, James VH (1999年4月)、「Getting to Low Earth Orbit」、Space Future 、 2012年3月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年3月18日閲覧。
  3. ^ NASA宇宙技術ロードマップ - 打ち上げ推進システム、p.11：「小型：0～2tペイロード、中型：2～20tペイロード、大型：20～50tペイロード、超大型：50t超ペイロード」
  4. ^ 「打ち上げサービス - マイルストーン」 . Arianespace . 2014年8月19日閲覧。
  5. ^ a b「フランス領ギアナへようこそ」（PDF） . arianespace.com . Arianespace. 2015年9月23日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2014年8月19日閲覧。
  6. ^ HSF最終報告書：偉大な国家にふさわしい有人宇宙飛行計画の探求Archived 2009-11-22 at the Wayback Machine、2009年10月、米国有人宇宙飛行計画委員会レビュー、p. 64-66：「5.2.1 大型ロケットの必要性…「超大型ロケット」打ち上げ機が必要…25～40メートルトンの範囲で、燃料補給が可能な場合の超大型ロケットのサイズに概念的な下限を設定する…これは、およそ50メートルトンの最小大型ロケット容量を強く支持する…」
  7. ^ "SS-520" . space.skyrocket.de . 2020年6月2日閲覧。
  8. ^ Lindsey, Clark (2013年3月28日). 「SpaceX、フライバック第一段に向けて急速に前進」 . NewSpace Watch . 2013年4月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年3月29日閲覧。
  9. ^ Kutter, Bernard; Monda, Eric; Wenner, Chauncey; Rhys, Noah (2015).分散打ち上げ - LEOミッションを超えるミッションの実現(PDF) . AIAA 2015. アメリカ航空宇宙学会. 2018年3月23日閲覧。
  10. ^ Chung, Victoria I.; Crues, Edwin Z.; Blum, Mike G.; Alofs, Cathy (2007). Orion/Ares I 打ち上げ・上昇シミュレーション - 分散型宇宙探査シミュレーション (DSES) の一セグメント(PDF) . AIAA 2007. American Institute of Aeronautics and Astronautics . 2018年3月23日閲覧。
  11. ^ Foust, Jeff (2017年9月29日). 「マスク氏、巨大惑星間打ち上げシステムの改訂版を発表」 . SpaceNews . 2018年3月23日閲覧。
  12. ^ 「発射場への帰還」 NASA.gov 2015年4月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年10月4日閲覧。
  13. ^ 「スペースシャトル打ち上げ中止の進化」（PDF） ntrs.nasa.gov 2011年9月26日2016年10月4日閲覧。
  14. ^ハンドワーク、ブライアン（2016年4月12日）「忘れられたソビエト連邦のスペースシャトルは自力で飛行できた」ナショナルジオグラフィック。ナショナルジオグラフィック協会。 2016年4月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年10月4日閲覧。
  15. ^ 「NASA​​ Intact Ascent Aborts Workbook、第6章 RETURN TO LAUNCH SITE」（PDF）。2021年3月21日時点のオリジナルよりアーカイブ（PDF） 。 2021年3月28日閲覧。
  16. ^ Newcomb, Alyssa; Dooley, Erin (2015年12月21日). 「SpaceXの歴史的なロケット着陸は成功」 . ABCニュース. 2016年10月4日閲覧。
  17. ^スパークス、ダニエル（2016年8月17日）「SpaceX、6機目のロケットを着陸させ、再利用に近づく」 Los Motley Fool . 2017年2月27日閲覧。
  18. ^ Gebhardt, Chris (2018年2月5日). 「SpaceX、ケネディ宇宙センターからのデモ打ち上げでファルコン・ヘビーを初公開 – NASASpaceFlight.com」NASASpaceFlight.com . 2018年2月23日閲覧。
  19. ^ Foust, Jeff (2016年1月22日). 「Blue Origin reflies New Shepard suborbital vehicle」 . SpaceNews . 2017年11月1日閲覧。
  20. ^ Foust, Jeff (2016年10月5日). 「宇宙起源、ニューシェパード宇宙船緊急脱出システムのテストに成功」 . SpaceNews . 2016年10月8日閲覧。
  21. ^ウォール、マイク（2015年12月21日）「Wow! SpaceX、史上初の軌道ロケット着陸に成功」 Space.com。2017年8月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年8月17日閲覧。
  22. ^ Foust, Jeff (2017年10月15日). 「Musk offers more technical details on BFR system - SpaceNews.com」 . SpaceNews.com . 2018年2月23日閲覧。
  23. ^ “SpaceXの巨大ロケット「スターシップ」が初テスト飛行で打ち上げられ、その後爆発” . NBCニュース. 2023年4月20日. 2023年5月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2023年6月13日閲覧。
  24. ^ NASASpaceflight (2024年10月13日). SpaceX、Starship Flight 5号機を発射（ブースターをキャッチ） . 2024年10月23日閲覧– YouTubeより。
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