ファルコンヘビー

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ファルコンヘビー
ファルコンヘビー(想像図)
ファルコンヘビー(想像図)
機能 宇宙船打ち上げ機
製造 SpaceX
開発国 アメリカ合衆国
打ち上げコスト (2017) 9,000万ドル[1]
大きさ
全高 69.2 m (227 ft)
直径 3.66 m (12.0 ft)
重量 1,400,000 kg (3,100,000 lb)
段数 2+
積載量
LEOへのペイロード 54,400 kg (120,000 lb)[1]
ペイロード
GTO
22,200 kg (49,000 lb)[1]
打ち上げ実績
状態 開発中
射場 ヴァンデンバーグ空軍基地 SLC-4E英語版
ケープカナベラル空軍基地SLC-40
総打ち上げ回数 0
成功 0
失敗 0
初打ち上げ 2017年(予定)
補助ロケット (Stage 0)
補助ロケット数 2
エンジン 9 マーリン1D
推力 5,600 kN (1,260,000 lbf)(sl)
比推力 海面: 275 秒 (2.6 kN/kg)
真空: 304 秒 (3.0 kN/kg)
燃焼時間 不明
燃料 LOX/RP-1
第1段
1段目名称
1段目全長
1段目直径
エンジン 9 マーリン1D
推力 5,600 kN (1,260,000 lbf)(sl)
比推力 海面: 275 秒 (2.6 kN/kg)
真空: 304 秒 (3.0 kN/kg)
燃焼時間 170 秒間[2]
燃料 LOX/RP-1
第2段
2段目名称
2段目全長
2段目直径
エンジン 1 マーリン・バキューム
推力 445 kN (100,000 lbf)
比推力 真空: 342 秒 (3.45 kN/kg)[3]
燃焼時間 345 秒間
燃料 LOX/RP-1

ファルコンヘビーFalcon Heavy)は、アメリカスペースX社が2017年夏の初打ち上げを目指して開発中の宇宙飛行用の大型ロケット打ち上げ機)である[4]ファルコン9ロケットの発展型であり、以前は「ファルコン9ヘビー (Falcon 9 Heavy)」とも呼ばれていた。二段式ロケットの構造をもち、一段目・二段目ともに推進剤LOX/RP-1の組み合わせを使っている。

ファルコンヘビーの打ち上げ能力はアポロ計画で使われたサターンVロケットの半分弱にも匹敵するもので、そのペイロード低軌道54400 kg静止トランスファ軌道22200 kg火星軌道に 13600 kg にも上る[1]。その積載能力から超大型重量貨物打ち上げ機 (Super heavy lifter) に分類されている[5]

設計[編集]

ファルコン1ファルコン9 Ver1.0、Ver1.1(3タイプ)、ファルコンFT(3タイプ)、ファルコンヘビー

ファルコンヘビーの機体構成は、標準的なファルコン9を本体として、これにファルコン9の第1段目を2本追加して液体ロケットブースター(横付け補助ロケット)として用いるものである[6]。これはモジュラーロケットと呼ばれるものである。他の同じ考え方で作られたロケットを挙げるなら、デルタIVヘビーや、未だ提案型のままになっているアトラスV HLVといったEELVロシアアンガラ・ロケットのA3、A5、A7がこれに相当する。ファルコンヘビーは低軌道に 54400 kg を運ぶことができる[1]。ロケットは有人飛行に必要な全ての要求項目を満たすべく設計されている。構造上の安全余裕は飛行加重より40%で、他の同種のロケットよりも25%高い[7]

第一段[編集]

第一段には、ファルコン9のコア機体から派生した、それぞれ9基のマーリン1Dエンジンを装備したロケットが三基使用される。マーリン1Dエンジンは従来型マーリンエンジンから最大推力を海面高度で620 kN (140,000 lbf)[8]、真空中で690 kN (155,000 lbf) に増強し、100%から70%まで推力の絞り調節ができるようにした改良版である[9]。ファルコンヘビーの総海面推力はマーリン 1D エンジン27基分の 22,819 kN (5,130,000 lbf)、大気圏外での総推力は 24,681 kN (5,549,000 lbf) に達する[10]

ファルコンヘビーの三つのコア機体には全て、SpaceX が Octaweb と呼ぶ製造ラインに配慮したエンジン配置が採用されており[11]、またそれぞれに4本ずつ伸展式着陸脚が備わる[12]。ブースターおよびセンターコアの大気圏降下時の制御用に、小さなグリッドフィン英語版 が装備されており、機体の切り離し時に展開する[13]。サイドブースター切り離し後も、ブースターにロケットから安全に離れる軌道を取らせるため、数秒間はセンターエンジンの燃焼は続けられる[12][14]。ブースターは着陸脚を展開し、地球に帰還して軟着陸する。センターコアは第二段切り離しまで燃焼を続け、その後やはり着陸脚を展開して地球に帰還する。着陸脚には開発中の炭素繊維とアルミニウムハニカムが採用されている。四本の着陸脚は発射時にはコア壁面に沿うようにしまわれており、その後着陸のために展開される。グリッドフィンと着陸脚の両方が垂直着陸運用を目指すファルコン9で試験中である[15]

推進剤クロスフィードと採用中止[編集]

ファルコンヘビーの元々の設計では、推進剤クロスフィードが採用されており、サイドコアが空になって切り離されるまではセンターコアのエンジンの一部はサイドコアから供給された燃料と酸化剤を使用する予定であった[16]。この設計では三つのコアのエンジンを発射時に全て同時点火し、そこからブースター燃焼終了まで最大推力を発揮しつつブースター切り離し後もセンターコアに推進剤を残すことができる[17]。この推進剤クロスフィードシステムは「アスパラガス・ステージング」と呼ばれ、Tom Logsdon の Orbital mechanics という本にブースター設計と共に掲載されている。この本によれば、Ed Keith というエンジニアは推進剤クロスフィードを使用するロケットを表わす語として「アスパラガス茎ブースター (asparagus-stalk booster)」という言葉を造語している[18]。 イーロン・マスクはクロスフィードを実装する計画は少なくともファルコンヘビー初号機の段階では無いとしている[19]

第二段目[編集]

上段ロケットは、真空中での動作に適するよう改設計された1基のマーリン・エンジンで駆動される。改修の結果、ノズル膨張比は117:1、計画上の燃焼時間は345秒間になった。再着火能力を与えるため、自然発火性物質 (TEA-TEB) を使った点火器が2基、冗長性を持って取り付けられている[6]。スペースX社は、このロケットの1段目・2段目の両方とも、開発を進めれば将来的に再使用可能になるだろうとの希望を述べている[20]

ファルコン9の第1段目と第2段目を繋ぐ段間部は、炭素繊維-アルミニウム・コア複合材を使用している。段間分離は再使用可能な丸軸つかみ締め金具である「コレット」(つかみ輪)と圧縮空気で動作するガス押し機の作用で行われる。ファルコン9のタンク本体の胴板(タンク壁)と鏡板(タンクの上下半球部)を構成する材料はアルミリチウム合金英語版からできている。タンクの溶接部には全て摩擦攪拌接合を用いている。これは現在使用可能な中で、最も信頼性が高く、最高クラスの強度をもった溶接法である。第2段のタンクは、第1段用のタンクを単純に長手方向に短縮したもので、ほぼ同様の工具、材料、製作技法を製造に応用している。このことはロケットの製造段階における単価の低減に役立っている[6]

諸元[編集]

ロケットの名前 ファルコンヘビー
補助ロケット 1機当り9基のマーリン1Dエンジンが備えられた液体燃料ブースター2機[21]
第一段 マーリン1Dエンジン9基[21]
第二段 マーリンバキュームエンジン1基[10]
高さ 70.0 m (229.6 ft)[10]
全幅 12.2 m (39.9 ft)[10]
離床推力 22,819 kN (5,130,000 lbf)[10]
打ち上げ時重量
(トン)
1,417,810 kg (3,125,735 lb)[10]
ペイロードフェアリング直径 5.2 m (17 ft)[22][23]
ペイロード(LEO) 54,400 kg (119,930 lb)[1][10]
ペイロード(GTO) 22,200 kg (48,940 lb)[1][10]
ペイロード(火星) 13,600 kg (29,980 lb)[1][10]
ペイロード(冥王星) 2,900 kg (6,390 lb)[10]
価格 90000000 USD[1]
質量あたり最小価格 (LEO) $2,200/kg ($1,000/lb)[24]
質量あたり最小価格 (GTO)

沿革[編集]

スペースXの起工式ヴァンデンバーグ空軍基地SLC-4英語版のファルコンヘビー発射台予定地にて

2004年5月以前の米国上院通商・科学・交通委員会英語版での席上で、イーロン・マスクはこのような証言をした。

"Long term plans call for development of a heavy lift product and even a super-heavy, if there is customer demand. [...] Ultimately, I believe $500 per pound [of payload delivered to orbit] or less is very achievable."
HLVの開発を(もしかしたら超大型打ち上げ機の開発さえも)必要とする長期間にわたる計画が、顧客の必要に応じて可能です。…最終的に、私は(軌道まで運搬するペイロードの価格重量比の目安として)1ポンド当たり500ドル以下にする事はは充分に実現可能と考えています。」[25]

この、1ポンド当たり500米ドルで軌道に打ち上げるという目標価格は、隣接する一番近い位置に居る競争相手であるゼニットローンチ・ヴィークルが、いまのところ達成できそうなコストのおよそ半分の金額である[26]

2011年4月5日、ワシントンDCにあるナショナル・プレス・クラブの記者会見の場で、イーロン・マスクはこのように明言した。

“Falcon Heavy will carry more payload to orbit or escape velocity than any vehicle in history, apart from the Saturn V moon rocket, which was decommissioned after the Apollo program. This opens a new world of capability for both government and commercial space missions.”
「ファルコンヘビーは宇宙開発の歴史にある数々のロケットより重量のあるペイロードを打ち上げるでしょう。地球周回軌道に載せる場合や地球離脱速度のこともあるでしょう。アポロ計画の終了後に退役させられたサターンV型月ロケットは別としてですが。このロケットで、政府/民間用の両ミッションにおいて運用可能性における新しい世界が拡がるはずです。」 [27]

このようにも発言している。

"Falcon Heavy will arrive at our Vandenberg, California, launch complex by the end of next year, with liftoff to follow soon thereafter. First launch from our Cape Canaveral launch complex is planned for late 2013 or 2014.”
「ファルコンヘビーは、カリフォルニア州ヴァンデンバーグにある私たちの複合発射施設にやってくるでしょう。それも来年です。打ち上げの瞬間とその後直ぐに始まる追跡管制も当地でします。ケープカナベラルの複合発射施設からの初打ち上げは2013年末頃から2014年にかかる時期になるでしょうね。」[27]

レッド・ドラゴンの火星ミッション[編集]

2011年07現在, NASA エイムズ研究センターは、ファルコンヘビーを使った低コスト火星探査を構想中である。計画内では、このロケットを、打ち上げ機および火星遷移軌道投入用として利用し、ドラゴン宇宙船火星の大気への大気圏突入に使おうと考えられている。コンセプトデザインは2012、2013年のNASAディスカバリーミッションとして、2018年に打ち上げ、その半年後に火星表面に到着すると提案されるだろう。このミッションの科学的目標は、生命の存在する証拠となる化学物質を探すことである。「過去に生命が存在した、あるいは現在でも存在している証拠になる分子、例えばDNAや過塩素酸塩還元酵素のような分子を探し出すことで、生体物質から生命の兆候を見出すこと」が今回のミッションの目標とするところである。レッドドラゴンは3.3フィート (1.0 m) 以上の深度まで地表を掘削することも予定に入れている。その目的は、赤茶けた土埃の下、火星の地下水英語版がたまっている地層が凍りついて永久凍土のようになったところで冬眠状態で保存されているであろうと考えられている火星の生命を標本採取することである。ミッションコストは打ち上げ費用を含まないで4億2,500万USドルになるだろうと推測されている[28]

打上げ[編集]

スペースX社は当初ファルコンヘビー・デモンストレーションロケットを2012年カリフォルニア州ヴァンデンバーグ空軍基地に運び込み[29]、2013年に打ち上げる構想を練っていた[30]。ケープカナベラル空軍基地からの初飛行は2013から2014年を目指していた。ファルコンヘビーで低軌道に到達するためのコストは、もし1年当り4回の打ち上げを続けられれば、1ポンド当たり1,000 USドルと低コストになる。スペースX社は年間10機ずつのファルコンヘビーとファルコン9を打ち上げる計画を立てている[29]

ファルコンヘビーの初打上げは、2014年3月の時点までは、ヴァンデンバーグから行われる予定であったが、2014年4月14日に、ケネディ宇宙センター第39複合発射施設の39A発射台 (LC-39A) をNASAから20年間リースすることで合意された[31]ため、ファルコンヘビーは、この39A射点から2015年始めに打ち上げることに方針転換された[32]

打ち上げ予定[編集]

No 日付 / 時間 (UTC) ペイロード 顧客 結果 摘要欄
1 2017年夏 ファルコンヘビー・デモ飛行1回目
(Falcon Heavy Demo Flight 1)
スペースX 計画中
2 2017年第3四半期 米空軍スペーステストプログラム2(STP-2) 国防総省 計画中
3 2018年 アラブサット 6A

(Arabsat 6A)

アラブサット 計画中
4 2018年第4四半期 ドラゴン(宇宙船) 民間人2名 計画中 2人の民間人が搭乗する月への周回飛行。ファルコンヘビー最初の有人ミッション。
5 2020年6月 レッドドラゴン(宇宙船) スペースX 計画中 スペースX1度めの火星ミッション
6 2020年 ビアサット3号

(ViaSat-3)

ビアサット 計画中
7 2022年8月 レッドドラゴン(宇宙船) スペースX 計画中 スペースX2度めの火星ミッション
8 2024年9月 レッドドラゴン(宇宙船) スペースX 計画中 スペースX3度めの火星ミッション

脚注・出典[編集]

  1. ^ a b c d e f g h i Capabilities & Services”. SpaceX. 2016年5月6日閲覧。
  2. ^ Falcon 9 User's Guide”. SpaceX. 2010年6月12日閲覧。
  3. ^ “SpaceX Falcon 9 Upper Stage Engine Successfully Completes Full Mission Duration Firing” (プレスリリース), SpaceX, (2009年3月10日), http://www.spacex.com/press.php?page=20090310 
  4. ^ “SpaceX to Send Privately Crewed Dragon Spacecraft Beyond the Moon Next Year” (英語) (プレスリリース), SpaceX, (2017年2月27日), http://www.spacex.com/news/2017/02/27/spacex-send-privately-crewed-dragon-spacecraft-beyond-moon-next-year 2017年3月6日閲覧。 
  5. ^ Review of U.S. Human Spaceflight Plans Committee HSF Final Report: Seeking a Human Spaceflight Program Worthy of a Great Nation (PDF)”. NASA. pp. 64-66 (2009年10月). 2017年3月7日閲覧。 “... require a “super heavy-lift” launch vehicle ... range of 25 to 40 mt, setting a notional lower limit on the size of the super heavy-lift launch vehicle if refueling is available ... this strongly favors a minimum heavy-lift capacity of roughly 50 mt ...”
  6. ^ a b c “Falcon 9 Overview”. SpaceX. (2010年5月8日). http://www.spacex.com/falcon9.php 
  7. ^ SpaceX Announces Launch Date for the World's Most Powerful Rocket”. Spaceref.com. 2011年4月10日閲覧。
  8. ^ Harwood, William (2011年4月5日). “World's biggest private space rocket planned”. CBS. 2011年4月5日閲覧。
  9. ^ “SpaceX Unveils Plans To Be World’s Top Rocket Maker”. Aviation Week and Space Technology. (2011年8月11日). http://www.aviationweek.com/publication/awst/loggedin/AvnowStoryDisplay.do?fromChannel=awst&pubKey=awst&channel=awst&issueDate=2011-08-08&story=xml/awst_xml/2011/08/08/AW_08_08_2011_p27-354586.xml&headline=SpaceX+Unveils+Plans+To+Be+World%26rsquo%3Bs+Top+Rocket+Maker 2011-08-07 (print edition is out prior to publication date)閲覧. "Revealing several new details of the 1D, Tom Mueller, propulsion engineering vice president, says the engine is designed to produce 155,000 lb. vacuum thrust and have a chamber pressure at “the sweet spot” of roughly 1,410 psia. “We’ve also increased the nozzle expansion ratio to 16 [compared with 14.5 on the Merlin 1C],” says Mueller, who adds that the initial engine “is doing better than we hoped.” The engine is designed for an Isp (specific impulse) of 310 sec. and has a thrust-to-weight ratio of 160:1. “We took structure off the engine to make it lighter. The engine we shipped [for test] to Texas was a development engine and hopefully the production engines will be even better.”" 
  10. ^ a b c d e f g h i j Falcon Heavy”. SpaceX. 2016年9月23日閲覧。
  11. ^ Octaweb” (en). SpaceX News (2013年4月12日). 2013年8月2日閲覧。 “The Octaweb structure of the nine Merlin engines improves upon the former 3x3 engine arrangement. The Octaweb is a metal structure that supports eight engines surrounding a center engine at the base of the launch vehicle. This structure simplifies the design and assembly of the engine section, streamlining our manufacturing process.
  12. ^ a b Landing Legs”. SpaceX News (2013年4月12日). 2013年8月2日閲覧。 “The Falcon Heavy first stage center core and boosters each carry landing legs, which will land each core safely on Earth after takeoff.
  13. ^ Falcon Heavy Rocket Launch and Booster Recovery Featured in Cool New SpaceX Animation”. Universe Today (2015年1月27日). 2015年2月12日閲覧。
  14. ^ Nield, George C. (April 2014). Draft Environmental Impact Statement: SpaceX Texas Launch Site (Report). 1. Federal Aviation Administration, Office of Commercial Space Transportation ". pp. 2–3. http://1.usa.gov/YtxBzo. "The center core engines are throttled down after liftoff and up to two engines may be shut down as the vehicle approaches maximum acceleration. After the side boosters drop off, the center core engines throttle back up to full thrust. The center engine in each side core continues to burn for a few seconds after separation to control the descent trajectorie of the side boosters." 
  15. ^ Simberg, Rand (2012年2月8日). “Elon Musk on SpaceX’s Reusable Rocket Plans”. Popular Mechanics. http://www.popularmechanics.com/science/space/rockets/elon-musk-on-spacexs-reusable-rocket-plans-6653023 2012年2月7日閲覧。 
  16. ^ Strickland, John K., Jr. (2011年9月). “The SpaceX Falcon Heavy Booster”. National Space Society. 2012年11月24日閲覧。
  17. ^ SpaceX Announces Launch Date for the World's Most Powerful Rocket”. SpaceX (2011年4月5日). 2011年4月5日閲覧。
  18. ^ Logsdon, Tom (1998). Orbital Mechanics - Theory and Applications. New York: Wiley-Interscience. p. 143. ISBN 978-0-471-14636-0. https://books.google.com/books?id=C70gQI5ayEAC&pg=PA143&lpg=PA143&dq=asparagus-stalk+booster&source=bl&ots=eXLhW_FLSQ&sig=WVZJZM1kpAzAXXCZRVVa_fwtYAI&hl=en&sa=X&ei=72rtUfybI8aayQHkhoHwCA&ved=0CH8Q6AEwDQ#v=onepage&q=asparagus-stalk%20booster&f=false. 
  19. ^ elonmuskのツイート (726561442636263425)
  20. ^ Musk ambition: SpaceX aim for fully reusable Falcon 9”. w:NASAspaceflight.com (2009年1月12日). 2010年6月3日閲覧。
  21. ^ a b SpaceX enters the realm of heavy-lift rocketry, w:Spaceflightnow.com, April 5, 2011, accessed 2011-04-04.
  22. ^ 引用エラー: 無効な <ref> タグです。 「official_FH」という名前の引用句に対するテキストが指定されていません
  23. ^ Fairing”. SpaceX. 2016年9月23日閲覧。
  24. ^ Upgraded Spacex Falcon 9.1.1 will launch 25% more than old Falcon 9 and bring price down to $4109 per kilogram to LEO”. NextBigFuture (2013年3月22日). 2016年9月23日閲覧。
  25. ^ Testimony of Elon Musk (2004年5月5日). “Space Shuttle and the Future of Space Launch Vehicles”. U.S. Senate. 2012年5月23日閲覧。
  26. ^ http://www.spaceref.com/news/viewnews.html?id=301
  27. ^ a b SpaceX announces launch date for FH” (2011-04=05). 2011年8月25日閲覧。 “First launch from our Cape Canaveral launch complex is planned for late 2013 or 2014.
  28. ^ Wall, Mike (2011年7月31日). “'Red Dragon' Mission Mulled as Cheap Search for Mars Life”. SPACE.com. http://www.space.com/12489-nasa-mars-life-private-spaceship-red-dragon.html 2011年7月31日閲覧. "This so-called "Red Dragon" mission, which could be ready to launch by 2018, would carry a cost of about $400 million or less. ... developing the Red Dragon concept as a potential NASA Discovery mission, a category that stresses exploration on the relative cheap. ... NASA will make another call for Discovery proposals in 18 months or so... If Red Dragon is selected in that round, it could launch toward Mars in 2018. ... Assuming that $425 million cap [for NASA Discovery missions] is still in place, Red Dragon could come in significantly under the bar. We'd have money left over to do some science." 
  29. ^ a b SpaceX Press Conference”. SpaceX. 2011年4月16日閲覧。
  30. ^ US co. SpaceX to build heavy-lift, low-cost rocket”. Reuters (2011年4月5日). 2011年4月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年4月5日閲覧。
  31. ^ “NASA Signs Agreement with SpaceX for Use of Historic Launch Pad”. NASA. (2014年4月15日). http://www.nasa.gov/press/2014/april/nasa-signs-agreement-with-spacex-for-use-of-historic-launch-pad/ 2014年4月22日閲覧。 
  32. ^ “SpaceX's mega-rocket to debut next year at pad 39A”. Spaceflightnow.com. (2014年4月15日). http://www.spaceflightnow.com/news/n1404/15pad39a/ 2014年4月22日閲覧。 

関連項目[編集]

外部リンク[編集]