先進技術実証機 (航空機)

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先進技術実証機 (ATD-X)

航空自衛隊岐阜基地に展示されたスケールモデル。

航空自衛隊岐阜基地に展示されたスケールモデル。

先進技術実証機 (Advanced Technological Demonstrator-X, ATD-X) は、日本防衛省技術研究本部(技本)が三菱重工業を主契約企業として開発を行っている先進技術実証用の航空機

通称「心神(しんしん)」と呼ばれることもあるが、心神と言う名称はプロジェクト初期の部内における名称であり、現在心神と言う名称は公式、非公式ともに使用されていない。

概要[編集]

将来の国産戦闘機に適用できる先進的な要素技術を実証をするために開発されるステルス研究機である。ステルス機の基礎的な特性を研究する航空機であるという性格上、平均的な現世代の戦闘機と比べて機体は大幅に小型で、エンジン推力も小さく、武器の搭載能力もない。

防衛省は「将来の戦闘機に関する研究開発ビジョン」において、コンセプトモデルとして第5世代ジェット戦闘機のさらに次世代となるi3 FIGHTERを提唱し、F-2戦闘機の後継に国産戦闘機を用いることを選択肢の一つとしている。防衛省は、将来の国産戦闘機を実現するにあたり先進軍事技術を研究開発する必要性があると提言しており[1][2]、本機の開発はその研究開発の一部の要素技術を実証する役割を担う。平成27年度概算要求では「F-2の退役時期までに、開発を選択肢として考慮できるよう、国内において戦闘機関連技術の蓄積・高度化を図る」としている[3]

本機の開発においては既に、様々な研究開発で獲得した技術を投入した実物大模型のRCS試験や、5分の1縮小サイズ無人モデルの飛行テストを成功させており、2009年(平成21年)度から実機の開発が、2012年3月28日愛知県飛島村の三菱重工業・飛島工場にて試作機の組み立てが開始されている。2014年(平成26年)度頃に三菱重工業社内での初飛行[4]2015年(平成27年)度頃に技本と航空自衛隊での飛行試験が予定されており、2016年(平成28年)度頃の開発完了を目指している。

本機の開発により、もし将来の国産戦闘機開発に繋がる先進的な要素技術の妥当性が実証され、その後も国産戦闘機開発に対する政治的・財政的・軍事的・技術的妥当性が認められれば、2018年(平成30年)度頃の政府による正式な決定を経て国産戦闘機の開発が開始されることになる[5]

開発経緯[編集]

といった、軍事における先進諸国の主力戦闘機の開発と配備は、ステルス性と高運動性能を備えた第5世代戦闘機に移っている。これまでにF-117攻撃機B-2戦略爆撃機といったステルス機を開発し運用してきたアメリカでは、本格的な第5世代機であるF-22戦闘機の実戦配備を進めている他、F-35戦闘機の飛行試験も開始している。またロシアではPAK FAを開発中であり、戦闘機開発能力を持つその他の国でも第5世代機に関する研究が行われている。

このような状況を受け、日本も将来の国産戦闘機開発を視野に入れた要素技術の研究開発に着手しており、それらの技術を実証するためにATD-Xと呼ばれる飛行試験用の実証機を製作する事になった。実証機の開発により、航空自衛隊の防空レーダーなどにステルス機が実際どのように映るかを独自に解明し、高度な探知能力とステルス性と運動性を持つ将来国産戦闘機の実現を目指すものである。

第5世代戦闘機では多方向からの多様な脅威に対処する能力が必要となっており、レーダーや赤外線センサーなどの電子機器の性能向上が求められるが、戦闘機という機体の大きさの制約上、搭載する電子機器の大きさや消費電力、冷却能力も制約される。デジタル技術の発達速度は今後も維持されると期待され、例えば米国製のF-22やF-35といった機体では、将来実現される技術の発展に伴って容易に搭載機器の性能向上が行えるようにモジュール方式で搭載されており、日本でも様々な研究試作が行われている。

特徴[編集]

機体の外形と構造[編集]

2012年撮影風洞実験用に制作された10分の1モデル。

本機は双発機であり、低RCS(Radar Cross Section、レーダー反射断面積)を実現する為に、機体側面にチャイン(ストレーキ)を持ち、2つの垂直尾翼を外傾させ、機体構造部の多くに新複合材料が採用されている。機体サイズは約14mとなる見通しであるが、本機がF-22の全長18.92mに対して大幅に小型なのは、「研究実証機」という特性上、約8トンの離陸重量を実現する実証エンジンの搭載が予定されており、またこのエンジン出力に見合った機体規模で十分であるからである。また、機体形状は研究と試験の経過次第で、実用機の開発に至るまでに理想的なものへと変更される可能性があり、例えば本機では開発費を抑えるため、キャノピーT-4のもの(当初はF-1戦闘機用のキャノピー)を流用するなどしている。

技本はRCS研究の一環として、実際に飛行することになる機体の形状と寸法で作られた、本機の実物大RCS試験模型を三菱重工で制作し、2005年(平成17年)にフランス国防装備庁の電波暗室で電波反射特性の試験を行った。この試験において、実物大RCS試験模型は、レーダー画面では中型の鳥より小さく、昆虫よりは大きく分析表示されるだけのステルス性を確保した[6]。この実物大RCS試験模型の写真は、2006年5月に技本ホームページ(外部リンク参照)に掲載され、初めて本機の姿が披露された。尚この試験は当初、アメリカ空軍の施設にて行う予定であったが、アメリカ側の許可が下りなかった。この為止むを得ずにフランス国防装備庁へ依頼したという経緯がある。

2006年春には実物大RCS模型を5分の1に縮小した、無人モデル(炭素繊維強化プラスチック製・全長3m・全幅2m・重量45kgと想定される)が初飛行した。この機体は4機製作されており、飛行実験は北海道大樹町多目的航空公園で2007年11月まで計40回行われ、遠隔操作や自律飛行などの実証検証が行われた。この飛翔実験で得られたデータは技本で解析され、ATD-Xの実機開発に利用されていると推測される。

2006年11月9日10日には東京都内において、平成18年度研究発表会が開催され、本機の32分の1スケール模型と「心神」の通称が発表された。マスメディアへの露出では、まず『航空ファン』2007年2月号がATD-Xの特集記事を掲載し、次いで2007年8月11日付の中日新聞朝刊も1面トップ記事にてATD-Xに関する報道を行った。テレビでは8月24日FNNスーパーニュースが独占報道として、ATD-Xの機体・エンジン・推力偏向装置・縮小模型をテレビ初公開した。5分の1縮小サイズ無人モデルの飛行実験は2007年(平成19年)9月11日に報道陣に公開された。

ATD-Xは総額394億円をかける計画である。2009年(平成21年)度から2014年(平成26年)度まで研究試作を行い、2010年(平成22年)度から2016年(平成28年)度までに試験を実施し、ATD-Xの開発を完了する予定である[7]。当初、ATD-Xの本開発は2008年(平成20年)度から開始する予定であったが予算計上は認められなかった。同年度予算では「高運動ステルス機技術のシステムインテグレーションの研究」として、概算要求の半額以下である70億400万円のみが認められ、2008年(平成20年)度から2010年(平成22年)度まで研究が行われた。翌年の2009年(平成21年)度防衛予算で本開発用の85億円の予算が認められた。そこで技本は「先進技術実証機(高運動ステルス機)」の名目で本開発を開始した。開発2年目の2010年(平成22年)度予算では228億円が認められている。

2013年9月11日、先進技術実証機の試験支援で米国空軍省と「先進技術実証機の試験準備支援(国外)」として1億1368万1520円の契約を結んだことが報道された[8]

アビオニクス[編集]

ATD-Xの実機開発に先立ち、技本技術開発官(航空機担当)付第3開発室は「高運動飛行制御システムの研究試作」を開始した。この研究は2000年平成12年)度から2008年(平成20年)度まで行われ、参加企業には三菱重工が主契約者に選ばれた。この研究の内容は、優れた運動性能を備えると共に、レーダーに探知されにくい戦闘機の飛行制御等に関するものである。またこの研究では、ステルス性を高める為の低RCSな機体形状設計技術、通常の戦闘機では飛行不能な失速領域でも機体を制御し、高運動性を得るIFPC技術などの研究を行った。

エンジン[編集]

搭載エンジンは実証エンジンXF5-1である。本エンジンは技本がIHIを主契約企業に選定し、「実証エンジンの研究」によって開発されたものである。

XF5-1はアフターバーナーを備えたターボファン方式のジェットエンジンであり、推力重量比8程度、2基搭載時に推力合計約10t程度を発揮し、将来の国産戦闘機開発に繋げるものとしてF3エンジンの経験を基に開発された。1995年(平成7年)度から1999年(平成11年)度まで5回に分け、147億円の予算のもと、開発契約を結んで開発が開始された。研究試作期間は1995年(平成7年)度から2000年(平成12年)度までである。また所内試験期間は1997年(平成9年)から2008年(平成20年)度まで行われ、燃焼器などの性能の高さを証明して開発を終了した[9]。技本へは1998年(平成10年)6月に初号機を納入、2001年(平成13年)3月までに計4基が引き渡された。XF5-1の研究成果の一部は、XP-1F7-10エンジンへ移転している。

XF5-1に設置される推力偏向機構とレーダーブロッカー等は、三菱重工を主契約とした「高運動飛行制御システムの研究試作」によって開発されたものである。高運動飛行制御システムは、通常の戦闘機では制御不可能な失速領域においても機動制御を維持し、かつ高運動性を確保するもので、XF5-1の噴射口に3枚の推力偏向パドルを取り付けている。この研究試作は2000年(平成12年)度から2007年(平成19年)度まで、所内試験は2002年(平成14年)度から2008年(平成20年)度まで行われ開発を終了した[10]。この開発スケジュールの中で、2003年(平成15年)度に試作品が製作され、2007年(平成19年)3月9日の完成審査において技本により妥当の判断が下された。同年秋より浜松基地航空自衛隊第1術科学校にて試験が行われた。

国産戦闘機を実現するためのATD-X以外の研究開発[編集]

センサー[編集]

将来の国産戦闘機には、機体に張り付ける薄いレーダーであるスマートスキンセンサーが採用される予定である。これに関して、1998年(平成10年)度から2003年(平成15年)度まで「コンフォーマル・レーダ・システムの研究」が行われた[11]。この研究成果を基に2006年(平成18年)度から2010年(平成22年)度まで、軽量・高強度な新複合材の胴体構造への適用に関する「将来小型航空機への適用技術に関する研究(スマートスキン機体構造の研究試作)」が行われた[12]

機首に装備するセンサーの開発研究においては、2002年(平成14年)度から2010年(平成22年)度まで「多機能(スマート)RFセンサの研究」が行われた。この装備はF-2に搭載されているJ/APG-1の直系に属するもので、レーダーとしての機能のほかにESMECM、通信の機能を持っており、複数の機能を同時かつ一つのアンテナで利用することが可能[13]CバンドKuバンド英語版帯を使用する高性能フェイズド・アレイ・レーダーである[14]。さらにこれを発展させてIRST機能を付加した「先進統合センサ・システムに関する研究」が2010年(平成22年)度から2016年(平成28年)度まで行われている[15]

敵ミサイルや航空機からの電波を妨害するためのESMを開発するにあたって、シミュレーションが必要であることから、2013年度(平成25年度)から2018年度(平成30年度)まで「先進RFシミュレーションの研究」を行う[16][17]

アビオニクス[編集]

レーダーや赤外線センサー等の複数異種センサの動作制御と情報の統合処理、これに関わるマンマシンインターフェイスには、技本が三菱電機を主契約として2002年(平成14年)より開始した「将来アビオニクスシステム研究試作」が反映される。研究試作は2002年(平成14年)から2010年(平成22年)にかけて行われ、2005年(平成17年)から2011年(平成23年)まで防衛技術研究所の所内試験を実施した[18]。パイロットやマシンによって入力された情報は、P-1哨戒機にも使用されたフライ・バイ・ライト (FBL) を経由して機体各部に伝えられることになる。

2012年(平成24年)度から「戦闘機用統合火器管制技術の研究」を開始した。この研究は、航空機に搭載した秘匿高速データリンクを介し、離隔した僚機のセンサーやウェポンや地上レーダーと連接するものである。特徴はF-35でも実用化されていない対ステルス機戦闘能力の向上を目指すもので、この連携により射撃機会と射撃効率の増大を果たし、将来の数的劣勢下における対ステルス機戦闘に勝利することを目指す[19]。この「戦闘機用統合火器管制システム」は2012年(平成22年)より2016年(平成26年)までの計画で研究試作を行い、 2015年(平成27年)から2017年(平成29年)まで所内試験を行う計画となっている[20]

エンジン[編集]

XF5-1の開発成果を基に、ATD-Xの次の段階である「次世代の小型航空機」用エンジンの実現を目指して、先行的に2010年(平成22年)度から「次世代エンジン主要構成要素の研究」が始まっており、さらなる高推力重量比を目指して、エンジンコア部(高温化燃焼器、高温化高圧タービン、軽量圧縮機)の研究が始まっている。研究終了は2015年(平成27年)度を目指している[21]。これに加えて2013年(平成25年)度から2017年(平成29年)度まで「戦闘機用エンジン要素の研究」を行い[22]、エンジンコア部に加えてファンと低圧タービンの研究を行う。最終的に「戦闘機用エンジンシステムの研究」を行い2025年度以降に戦闘機用の「次世代ハイパワー・スリムエンジン」の実現を目指す予定である[23][24][25]。既に前述のXF5-1の研究の一環として単結晶タービンブレード、セラミックマトリックス複合材製のタービンノズル、先進型燃焼室等の試作が行われ試験が行われている[26]

ハイパワースリムエンジンはファン3段、圧縮機6段、高圧タービン1段、低圧タービン1段で構成される予定で、推力は15トン級を目標としている[24]。ファンと高圧コンプレッサー部は、部品点数を少なくしかつ高い効率を得るためブレードとディスクを一体加工で作るブリスク英語版構造となる予定である。低圧タービンのベーンを省略するため高圧系と低圧系は逆方向に回転するとされ[27]、ファンのインレット部にはレーダーブロッカーの様なS字を描いた入口案内翼を備え、RCSの低減を目指す。後部も出口案内翼や大きなフレームホルダーを備えることで同様の効果を実現させる予定である[27]。高圧タービンにおいては、ベーンとロータシュラウドにはタービン入口温度の上限を引き上げるため高い耐熱性を有するセラミックマトリックス複合材や新世代単結晶合金、鋳造ディスク材を採用し、これによりタービン入口温度を1,800℃以上にすることを目標としている[24]。圧縮機においては、軸長[28]をXF5との比において約10%短縮することによって圧縮機の体積を削減し更なる軽量化を目指す予定である[24]

ウェポンシステム[編集]

2010年(平成22年)度から2014年度(平成26年)度まで「ウェポン内装化空力技術の研究」が行われる。母機のウェポンベイからウェポンを射出するときの空力特性を縮尺模型と風洞を使って研究する[29]。これに続いて2013年度(平成25年度)から2017年度(平成29年度)まで「ウェポンリリース・ステルス化の研究」が行われ、ウェポンベイランチャーの研究を行う[30][17]

主要諸元[編集]

実機

実機のスペックは2012年4月時点で重量しか公開されていない。ただし全長と全幅はRCS試験模型と同程度になるという[31]

  • 重量:約13t

RCS試験模型[2]

Atdx.png
  • 全長:14.174m
  • 全幅:9.099m
  • 全高:4.514m
  • 離陸重量:8t(想定)
  • エンジン:IHI XF5-1アフターバーナー推力約5t)×2(想定)
  • 最大速度:不明

脚注[編集]

  1. ^ 「将来の戦闘機に関する研究開発ビジョン」について 防衛省 2010年8月25日
  2. ^ 将来の戦闘機に関する研究開発ビジョン~将来の戦闘機に必要な技術~ 防衛省技術研究本部
  3. ^ 防衛省:我が国の防衛と予算-平成27年度概算要求の概要- - 防衛省(PDF)
  4. ^ 平成のゼロ戦、「心神」が年内初飛行へ
  5. ^ 中丸啓(日本維新の会)衆議員安全保障委員会2014年4月3日 1/2
  6. ^ FNNスーパーニュース2007年8月24日
  7. ^ 「元気な日本復活特別枠」要望事項別説明資料「装備品など試作」 防衛省
  8. ^ 先進技術実証機の試験支援で米空軍と契約[1]
  9. ^ 平成21年度 事後の事業評価 評価書一覧 「実証エンジンの研究」 防衛省
  10. ^ 平成21年度 事後の事業評価 評価書一覧 「高運動飛行制御システムの研究」 防衛省
  11. ^ 平成16年度 事後の事業評価 政策評価書一覧「コンフォーマル・レーダ・システムの研究」 防衛省
  12. ^ 平成23年度 事後の事業評価 評価書一覧 スマート・スキン機体構造の研究、防衛省公式サイト
  13. ^ 従来のAESAではできなかったECMとレーダーの同時使用など。多機能RFセンサではこれらの機能を瞬間的に切り替えることにより同時使用を可能としている。これにより、""ESMにより方位情報を得てピンポイントにレーダーまたはECMを併用""といった運用が可能で敵ESMに探知されにくくすることが可能である
  14. ^ 平成23年度 事後の事業評価 評価書一覧 スマートRFセンサの研究 、防衛省公式サイト
  15. ^ 平成21年度 事前の事業評価 評価書一覧「先進統合センサ・システムに関する研究」
  16. ^ 平成24年度政策評価 事前の事業評価 先進RFシミュレーションの研究
  17. ^ a b 平成25年度予算の概要 防衛省技術研究本部
  18. ^ 平成24年度 事後の事業評価 評価書一覧 将来アビオニクスシステムの研究
  19. ^ 平成23年度 事前の事業評価 評価書一覧 戦闘機用統合火器管制技術の研究、防衛省公式サイト
  20. ^ 技本、統合火器管制技術の研究を進めるネットワーク射撃の実現に高速データリンク試作などWING DAILY 2014年4月8日
  21. ^ 次世代エンジン主要構成要素の研究
  22. ^ 戦闘機用エンジン要素の研究
  23. ^ (補足資料)次世代エンジン主要構成要素の研究試作
  24. ^ a b c d 平成25年度公開プロセス資料
  25. ^ ジェットエンジンの現在、そして次世代への挑戦
  26. ^ 航空装備研究所 P.17、P.18参照
  27. ^ a b Tokyo Express 日本の次世代戦闘機F-3は実現するか?
  28. ^ 圧縮機の入口直径を実証エンジンと同一径になるまで相似的に縮小した場合の仮想的な軸長
  29. ^ 平成21年度 事前の事業評価 評価書一覧 ウェポン内装化空力技術の研究、防衛省公式サイト
  30. ^ 平成24年度政策評価 事前の事業評価 ウェポンリリース・ステルス化の研究
  31. ^ 目指すは"日の丸ステルス" 実証機"心神" 小ぶりな機体、優れた機動性 期待ふくらむ"平成の零戦"

参考文献[編集]

  • 航空ファン』2007年2月号、2008年3月号 文林堂
  • 『J-Wings』2007年4月号(他各号) イカロス出版
  • 『中日新聞』2007年8月11日付朝刊 中日新聞社
  • 『「心神」飛翔への道:国産戦闘機とFX選定』日本経済新聞夕刊連載・2008年12月1日(月)~22日(月)[土・日を除く全16回]

関連項目[編集]

外部リンク[編集]