RS-68 (ロケットエンジン)

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RS-68 rocket engine test.jpg
NASAのジョン・C・ステニス宇宙センターにおいて、試験運転を行う開発段階のRS-68エンジン
RS-68
用途: 1段
形式: ガス発生器サイクル
推進剤: 液体水素/液体酸素
開発年: 1998年
大きさ
全高 5,20 m
直径 2,43 m
乾燥重量 6747 kg
推力重量比 51,2
性能
海面高度での比推力 359秒
真空中での比推力 409秒
海面高度での推力 2.891 kN
真空中での推力 3,371 kN(344 トン)
燃焼室圧力 9.72 MPa
設計者
製造会社: ロケットダイン
推進技術者:  ???
設計チーム: ロケットダイン

RS-68 (Rocket System 68)ロケットダイン社によって開発された液体水素液体酸素を推進剤とする大型ロケットエンジンである。液体水素を燃料とするロケットエンジンとしては最も強力なエンジンで海面高度における推力はスペースシャトルのメインエンジン(SSME)の約2倍である。

概要[編集]

1990年代末から2000年代にかけて、デルタ IVロケットEELV(Evolved Expendable Launch Vehicle)向けに既存のエンジンよりも経費を削減する事を主眼に開発された。

燃焼室では102%の出力時、液体水素と液体酸素を6:1の混合比で1,486 lbf/in² (10.25 MPa)の圧力下で燃焼する。[要出典]

最大出力時の102%の推力は真空中で758,000lbf(3.37 MN)で海面高度では663,000lbf(2.95 MN)である。エンジンの重量は14,560ポンド (6,600 kg)で96インチ (2.4 m)である。この時の推力での推力重量比は51.2で比推力は真空中で410秒(4 kN·s/kg)で海面高度で365秒 (3.58 kN·s/kg)である[1]。 RS-68は油圧式のジンバル機構を備え出力を58%から101%の間で調整する機能を有する[2]。 改良型のRS-68Aの海面高度での推力は317.5t(3,114 kN)である。

RS-68計画の目的は単純で費用対効果の優れたエンジンを生産する事だった。RS-68は複数回使用されるスペースシャトルのメインエンジン(SSME)よりも80%以上部品点数が少ない。単純であるが故にコストは低く、推力効率をSSMEと比較した場合、RS-68の推力重量比は大幅に低く比推力は10%低い。 RS-68の長所は製造経費を削減できた事である。RS-68のボーイング社のデルタIV計画向けの製造費用は約1400万ドルで、対するSSMEは5000万ドルである。SSMEの高コストの理由は複数回の打ち上げに対応する為に設計されているためであり、使い捨てロケット用に設計されたより大型で、廉価でより強力である(推力が50%多い)RS-68はより費用対効果に優れている。

エンジンサイクルは2系統の独立したガス発生器サイクルで、燃焼室はコスト低減の為に溝が多数あるチャンネルウォール構造が使用されている。これは元々旧ソビエト連邦で開発されたもので、外側と内側をロウ付けする事で作られ、他のエンジンに使用されている従来の数百本の管を燃焼室の形状に合わせて曲げて並べてロウ付けしたチューブウォール構造に比べると重量が増えるものの、簡単でより安価に製造することができる。また、膨張比21.5のノズルの下部はアブレーション(素材が蒸発する事によって冷却する)素材で作られている。これも同様に他のエンジンに使用されているチューブウォールノズルよりも重くなるが製造が易しく廉価になる。

エンジンの設計、開発はSSMEの開発時と同様にカリフォルニア州のCanoga Parkの施設で行われた。初期開発段階のエンジンは、アポロ計画の為にサターンVのエンジンの開発、試験に使用されたサンタスサナ野外研究所で組み立てられた。RS-68の最初の試験はエドワーズ空軍基地にある空軍の研究所の施設で行われ、後にNASAジョン・C・ステニス宇宙センターで行われた。最初にエドワーズ空軍基地で成功した燃焼試験は1998年9月22日に完了した。RS-68は、2001年12月にデルタIVでの使用が認証された[3]。この新型エンジンを使用して2002年11月20日に初打ち上げに成功した。

RS-68はデルタIVシリーズの各5形式において、コモン・ブースター・コア(CBC)の一部として使用されている。最大重量形式ではCBCを3基使用する。7機のCBCを使用するデルタIVの仕様の構想もある。

中止されたコンステレーション計画では、宇宙への物資運搬目的に使用されるアレスVロケットの1段目にRS-68を6基搭載する予定であった。

RS-68Aへの発展とアレスV[編集]

2006年5月18日NASAは計画中のアレスV(CaLV)の主エンジンにSSMEではなく、5基のRS-68を使用する事を発表した。NASAはRS-68を選定した理由として、より低コストでありアレスV用の1基あたりの費用は約2000万ドルであるとした。アレスV用のRS-68の改良項目として長時間の燃焼に応じた異なるアブレーションノズルや始動シーケンスの短縮、始動時の水素の損失を減らす為の変更と始動前と飛行時のヘリウムの使用を減らす為の変更が含まれる。

推力と比推力は、別途進行中のデルタIV用の改良計画(RS-68A)において向上させる予定である[4]。2009年の時点で入手出来た情報では、アレスVは6基のRS-68エンジンをセントラルブロックに使用するとされた。アレスV用のエンジンはRS-68Bとなる[5]DIRECT代替打ち上げロケット計画では2基または3基の"version 2.0"のRS-68エンジンが提案されたがスペースシャトルメインエンジン(SSME)"version 3.0"に切り替えられた。

2008年4月4日、アメリカ空軍はカリフォルニア州、ハッティントンビーチのボーイング・ローンチ・サービシーズと$2000万ドルで改良型を製造する契約を交わした。この改良計画はボーイングが10009型とする改良されたRS-68エンジンの性能を実証する試験の契約である。 政府は宇宙への運搬手段としてRS-68エンジンの信頼性を増しリスクを低減する為に作業を承認した[6]

2008年9月25日、改良されたRS-68Aは最初の燃焼試験に成功した。RS-68Aは改良されたRS-68で比推力と推力が向上した。(海面高度での推力は700,000 lbf、317.5トン(3,100,000 N)以上である。)

しかし2010年2月にコンステレーション計画の中止と共にアレスの開発も中止が決定されたため、RS-68がアレスロケットに使用されることはなくなった。

そして完成したRS-68Aは2012年6月29日に打ち上げられたデルタIVヘビーで始めて使用された。

有人仕様への適合[編集]

RS-68を有人仕様へ適合させる為に200箇所以上の変更が必要とされる[7]。NASAは有人仕様のRS-68に監視装置や離床時の燃料過多環境の除去や冗長系の追加を含む複数の変更が必要であるとしている[8][9]

諸元[編集]

  • エンジンサイクル:ガス発生器サイクル
  • 燃料:液体水素
  • 酸化剤:液体酸素
  • 真空中推力:3,371 kN(344 トン)
  • 真空中比推力:409
  • 海面上推力:2,949 kN(301 トン)
  • 海面上比推力:359 秒
  • 膨張比:21.5
  • 出力調整範囲:57-102 %
  • 燃焼室圧力:9.72 MPa
  • 重量:6747 kg

形式[編集]

  • RS-68は最初のエンジンの形式である。海面高度で663,000 lbf (2.95 MN)の推力を生み出す[10]
  • RS-68Aは増強型の形式である。海面高度で702,000 lbf (3.12 MN)の推力を生み出す[11]

日本からの部品の輸出[編集]

1998年に、三菱重工はボーイング社ロケットダインと、同社のRS-68エンジン用の極低温系バルブと熱交換器の輸出契約を締結し、RS-68ではこれらの部品が使われている[12]

関連項目[編集]

脚注[編集]

  1. ^ RS-68 at Academic.ru
  2. ^ Boeing white paper on RS-68 development
  3. ^ “Rocketdyne RS-68 Engine Certified for Boeing Delta IV” (プレスリリース), Boeing, (2001年12月19日), http://www.boeing.com/news/releases/2001/q4/nr_011219s.html 2010年閲覧。... 
  4. ^ “NASA's Exploration Systems Progress Report” (プレスリリース), NASA, (2006年5月18日), http://www.nasa.gov/home/hqnews/2006/may/HQ_06226_RS-68_ENGINE.html 2006年5月30日閲覧。 
  5. ^ a b Overview: Ares V Cargo Launch Vehicle”. NASA. 2008年9月30日閲覧。
  6. ^ Contract Awards”. U. S. Department of Defense (2008年4月4日). 2008年9月30日閲覧。 “Boeing Launch Services of Huntington Beach, Calif., is being awarded a modified contract for $20,000,000. This contract modification will authorize Boeing to perform demonstration testing on a rebuilt RS-68 engine, labeled 10009...”
  7. ^ United Launch Alliance First RS-68A Hot-Fire Engine Test a Success”. NASAspaceflight.com forum (2008年9月27日). 2010年閲覧。...
  8. ^ Frequently Asked Questions, question 3”. NASA ESMD. 2010年閲覧。...
  9. ^ Human Rated Delta IV Heavy Study Constellation Impacts (PDF)”. NASA. p. 8 (2009年6月1日). 2010年閲覧。...
  10. ^ RS-68 Propulsion System (PDF)”. Pratt & Whitney Rocketdyne (2005年10月). 2010年閲覧。...
  11. ^ “Pratt & Whitney Rocketdyne Begins Certification Testing of the RS-68A Rocket Engine” (プレスリリース), Pratt & Whitney Rocketdyne, (2010年2月10日), http://www.prnewswire.com/news-releases/pratt--whitney-rocketdyne-begins-certification-testing-of-the-rs-68a-rocket-engine-84050757.html 
  12. ^ “宇宙分野の国際協力の現状と課題”. 日本経済団体連合会. (2004年2月24日). http://www8.cao.go.jp/cstp/tyousakai/cosmo/haihu19/siryo19-6-1-3.pdf 2013年9月15日閲覧。 

リンク[編集]