VTVL
アポロ16号LMオリオン、月面にて、1972年
1996年のDC-XA着陸
ファルコン9の第一段が垂直着陸する様子（2016年）

垂直離着陸（VTVL ）は、ロケットの離着陸方式の一種です。複数のVTVL機が飛行しています。注目すべきVTVL機としては、人類を初めて月に送り込んだアポロ月着陸船が挙げられます。SpaceXは数十年にわたる開発を経て、主力機であるファルコン9の第一段にVTVLコンセプトを採用し、これまでに 500回以上の動力着陸を成功させています。

VTVL技術は、アポロ計画のために初めて本格的に開発されました。1990年代までには、信頼性の高い再始動可能な大型ロケットエンジンの開発により、既に成熟していた技術をロケットの段階に適用することが可能になりました。最初の先駆者は、マクドネル・ダグラス社のDC-X実証機でした。DC-Xプロトタイプの成功後、このコンセプトは2000年以降、ルナ・ランダー・チャレンジなどのインセンティブ賞の競争もあって、小型ロケットで本格的に発展しました。

2000年代半ばから、VTVLは有人輸送可能な大型の再使用型ロケット技術として、精力的に開発が進められていました。2005年から2007年にかけて、ブルーオリジンはジェットエンジン搭載のカロン実証機、その後ゴダード実証機を用いて、一連の試験に成功しました。小型VTVLロケットは、マステン・スペース・システムズ、アルマジロ・エアロスペースなどでも開発されました。2013年には、パラシュートによるステージ回収の失敗を受け、スペースXはファルコン9試作機で高度744メートルまで上昇し、垂直着陸を実証しました。[ 1 ]その後、ブルーオリジン（ニューシェパード）とスペースX（ファルコン9）はともに、発射場への帰還（RTLS）操作後の打ち上げロケットの回収を実証した。ブルーオリジンのニューシェパードブースターロケットは、2015年11月23日に宇宙空間に到達した飛行の後、初の垂直着陸に成功し、スペースXのファルコン9フライト20は、約1か月後の2015年12月22日に初の商用軌道ブースター着陸となった。スペースXのファルコンヘビーの多くの打ち上げでは、各ロケットの2つのサイドブースターのVTVL操作が成功している。スペースXは、スターシップという完全に再利用可能なロケットも開発している。[ 2 ]スターシップは、4回目のテスト飛行で両ステージでこの技術を実証した最初の打ち上げロケットとなった。

VTVL ロケットは、 VTOL航空機であるヘリコプターやジャンプ ジェットなど、垂直に離着陸し、サポートと推進に空気を使用する航空機と混同しないでください。

歴史

2015年12月21日、商業衛星を低軌道に打ち上げた後、ファルコン9の第一段が着陸した。
  • 2021年7月、2021年10月、2022年5月に、Deep Blue AerospaceのNebula M1は、雷庭20ケロックスエンジンを搭載し、それぞれ高度10メートル、100メートル、1キロメートルでVTVL飛行試験に成功しました。
  • 2023年11月2日と12月10日、再始動可能なメタロックスエンジンを搭載したi-SpaceのHyperbola-2Yが、それぞれ178メートルと343メートルの飛行高度で、2回の垂直打ち上げと回収を完了しました。
  • 2024年1月19日、ランドスペース社の朱雀3号VTVL-1テストは、メタロックスエンジンを搭載した弾道ホップテストに続いて、初めて垂直着陸に成功しました。
  • 2024年1月26日、ExPace社の快舟再使用技術試験ロケットは、初の垂直離着陸（VTVL）試験を完了し、発射台に着陸する前に9秒間ホバリングしました。飛行時間は全体で22秒でした。
  • 2024年10月7日、ISROは、VTVL技術を小型ロケット（おそらくADMIRE試験機）で試験し、その後NGLVの第一段およびブースター段に統合する計画を明らかにした。ヴィクラム・サラバイ宇宙センターは、高度な航法システムに加え、操舵可能なグリッドフィン、展開式着陸脚、高度な航空電子機器を開発している。[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]
  • 2024年10月13日、スペースXはスーパーヘビーブースター12号を打ち上げ場に着陸させた。[ 43 ]ファルコン9とは異なり、スーパーヘビーには着陸脚がなく、代わりに発射タワーによって受け止められた。[ 43 ]その上段であるシップ30号は爆発する前にインド洋に軟着陸した。[ 43 ]
  • 2025年11月13日、ブルーオリジンはニューグレン7×2ロケットの第一段を宇宙船「ジャクリン」に着陸させた。このロケットには7基のBE-4メタロックスエンジンが搭載されている。

垂直着陸技術

逆推進着陸（有人宇宙飛行初期の標準的な垂直離陸（VT）技術に加え、垂直着陸（VL））を成功させるために必要な技術は、いくつかの要素から成ります。まず、推力は通常、方向制御する必要があり、ある程度のスロットリングが必要になります。しかし、推力重量比が1を超えることは必ずしも必要ではありません。

機体は位置と高度を計算できなければなりません。垂直からのわずかなずれが、機体の水平位置の大きなずれにつながる可能性があります。機体を正しい角度に保つために、通常、 RCSシステムが必要です。SpaceXは、Falcon 9ブースターの着陸時の姿勢制御にグリッドフィンも使用しています。

また、真空、極超音速、超音速、遷音速、亜音速など、さまざまな条件下でエンジンを点火できることも必要になる場合があります。[ 44 ]

燃料の追加重量、大型タンク、着陸脚とその展開機構は、他の条件が同じであれば、使い捨てロケットと比較して、軟着陸システムの性能を低下させるのが一般的です。この技術の主な利点は、VTVL着陸に成功したロケットを再利用できることで、宇宙飛行コストを大幅に削減できる可能性があることです。 [ 45 ]

1951年の漫画『ロケット・シップX』に描かれた垂直着陸ロケット

宇宙飛行以前の時代、宇宙船の垂直着陸はロケット着陸の主流と考えられていました。多くのSF作家や大衆文化の描写では、ロケットは垂直に着陸し、通常は宇宙船の尾翼で着陸後に静止する様子が描かれていました。この見方は大衆文化に深く根付いており、1993年、試作ロケットの低高度試験飛行に成功した後、ある作家は次のように記しています。「DC-Xは垂直に打ち上げられ、空中でホバリングしました…宇宙船は再び空中で停止し、エンジンがスロットルを戻すと、垂直着陸に成功しました。まさにバック・ロジャースのようです。」[ 46 ] 2010年代には、SpaceXのロケットにも同様に、この大衆文化におけるバック・ロジャースの概念が「『バック・ロジャース』再利用可能ロケットの開発への探求」の中で言及されています。[ 47 ] [ 48 ]

ヤング・シェルドンのエピソード「パッチ、モデム、そしてザンタック®」では、シェルドン・クーパーが1980年代にVTVLの方程式を開発する様子が描かれるが、当時の技術的能力不足を理由にNASAに却下される。シェルドンは自分が時代を先取りしていたと結論づける。2016年にフラッシュフォワードすると、SpaceXのCRS-8ミッションが成功し、SpaceXの創設者イーロン・マスクがシェルドンの古いノートを調べ、机の引き出しに隠す場面が映し出される。[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]

参照

参考文献

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