圧送式サイクル

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圧送式サイクルの模式図。加圧された燃料タンクから燃料及び酸化剤を供給するため、ターボポンプを必要としない。

圧送式サイクルまたはガス押し式サイクルとは、ロケットエンジンの動作方式の1つである。推進剤タンクに別系統の高圧ガスを加え、燃料酸化剤を燃焼室に供給する。ガス圧式サイクルは最も単純で、低コストな2液推進系ロケットエンジンの形式である。ハイパーゴリック推進剤と組み合わせる事により容易に再着火能力を持たせることが出来る為、多くの宇宙船や人工衛星、惑星探査機の推進系や軌道制御システムに使用される。他のサイクルと比較して信頼性が高い為、有人宇宙船や人工衛星等、高信頼性が要求される用途に用いられる。

この方式の利点は、タービンポンプなどといった、複雑なシステムを導入する必要がないことである。一方短所としては、供給圧力をあまり高くすることができずエンジンの効率が低いことである。供給圧力を高めようとすれば高圧ガスのタンクそのものやガスの圧力に耐える推進剤タンクの質量が大きくなり、極めて非効率なものになる。また、加圧するガスが収縮、液化するので液体水素等の低温推進剤の供給にも適さない。推進剤を適切に燃焼室に供給する為にタンクの加圧圧力は燃焼室の燃焼圧力よりも高くなければならない。これが大規模の推力の発生を阻害する要因となっている。始動は容易で推進剤の供給弁を開くだけで良い。ハイパーゴリック推進剤を使用する場合は点火装置も不要である。ハイパーゴリック推進剤ではない場合は点火装置を必要とする。ハイパーゴリック推進剤を使用する場合は複数回の点火も推進剤の供給弁の開閉のみで可能である。推進剤供給弁は電気またはより小型の電磁弁で制御されるガス圧によって開閉される。

商用ロケットの1つであるファルコン1の上段エンジン、ケストレルはガス押し式サイクルの一例である。また、スペースシャトルのOMS/RCSやその他のロケットの姿勢制御エンジンのような、推力比推力は多少小さくとも良いが確実な動作が求められるエンジンに用いられる。長時間の燃焼時には加圧ガスが膨張することにより冷えて収縮する事により供給圧力が低下するだけでなく、ヘリウムガスは液化はしないが推進剤を凍結させたり推進剤を供給する配管等や低温用に設計されていない部材に悪影響を与える可能性があるので注意を要する。アポロ月着陸船では降下時の推進システムにはヘリウムガスの貯蔵に一般的には使用されない極低温の超臨界状態で保管していた。それらは燃料から熱交換器を介して暖められた。

1960年代に構想されたビッグ・ダム・ブースター用のシー・ドラゴンの概念では圧送式サイクルのエンジンが使用される予定だった。

圧送式サイクルのエンジンは燃焼圧力を高めると燃焼室から推進剤が逆流するので燃焼圧力は推進剤の供給圧力を超える事が出来ない事によって実用的な限界がある。高圧の加圧タンクには厚い壁と強力な材料を必要とするために機体重量が増加する要因となる。それらにより性能が低下し、積載量が低下する。圧送式サイクルは上段に使用される場合が多い為、上段の構造物の重量増加は積載量、推進剤の搭載量とトレードオフである。ロケットの1段目には固体燃料ロケットやポンプ供給式液体燃料ロケットエンジンが使用されるが上段では高膨張比のノズルの使用が望ましい。

使用されるガスの種類[編集]

圧送式サイクルに使用されるガスはヘリウム窒素等の低温でも気体の状態を維持し、酸化剤や燃料と反応しない不活性なガスが主に用いられる。一方、再生冷却によって気化した燃料や酸化剤をそれぞれのタンクの加圧に用いる例もある。

圧送式サイクルのエンジン[編集]

AJ-10
信頼性が高く、再着火機能を有する為、デルタロケットの上段やスペースシャトル軌道変更用エンジンアポロ宇宙船の機械船等に使用され、現在でも派生機種が使用される。
LE-3
N-Iロケットの2段目に使用された
RD-0237
UR-100Nミサイルの上段に使用された。
ケストレル
ファルコン1の上段ロケットのエンジン
ドラコ
ドラゴンファルコン9に使用される。

参考[編集]