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
ファルコンヘビー
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 (2018) 9,000万ドル (再使用)[1]
1億5,000万ドル (使い捨て)[2]
大きさ
全高 70 m (230 ft)[3]
直径 3.66 m (12.0 ft)
質量 1,420,788 kg (3,132,300 lb)[3]
段数 2+
積載量
LEOへのペイロード 63,800 kg (141,000 lb)[1]
ペイロード
GTO
26,700 kg (59,000 lb)[1]
打ち上げ実績
状態 現役
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 1
成功 1
失敗 0
初打ち上げ 2018年2月6日
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[4]
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)[5]
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社が開発した宇宙飛行用の大型ロケット打ち上げ機)である[6]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。2018年2月6日に初めて打ち上げられた[7]

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63800 kg静止トランスファ軌道26700 kg火星軌道に 16800 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[8]

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Block 5(2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、ファルコン9を強化した中央のコアと、ファルコン9の1段目を2本サイドブースター(横付け補助ロケット)として用いるもので[9]、これはモジュラーロケットと呼ばれる構成である。同じ構成のロケットとしては、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 63800 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[10]

第一段目[編集]

第一段目には、前述のようにファルコン9の1段目とそこから派生したセンターコアが計3基使用される。それぞれマーリン 1D エンジンが9基搭載されているため、合計27基のロケットエンジンによってファルコンヘビーの総海面推力は 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[3]

打ち上げ後にロケットを回収する場合はファルコン9同様にそれぞれに4本ずつ伸展式着陸脚と[11]、姿勢制御のスラスターおよび大気圏内での姿勢制御用にグリッドフィン英語版 が装備される。

打ち上げ時にはセンターコアは離床するための推力を得るため最大出力で動作するが、数秒後には出力を下げる。この制御によりセンターコアのエンジンは燃料を節約してより長時間燃焼を続けることができるようになる。その後サイドブースターを切り離すと再度最大出力に戻されて、サイドブースターがロケットから安全に離れるまで数秒間燃焼が続けられる[11][12]

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[13]。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[14]。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[15]。 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[16]

第二段目[編集]

上段ロケットはファルコン9と共通の物が使われている。

真空での燃焼に最適化されたマーリンバキュームエンジン1基により445kNの推力を得られる。

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[17]
第一段 マーリン1Dエンジン9基[17]
第二段 マーリンバキュームエンジン1基[3]
高さ 70.0 m (229.6 ft)[3]
全幅 12.2 m (39.9 ft)[3]
離床推力 22,819 kN (5,130,000 lbf)[3]
打ち上げ時重量
(トン)
1,417,810 kg (3,125,735 lb)[3]
ペイロードフェアリング直径 5.2 m (17 ft)[18][19]
ペイロード (LEO) 63,800 kg (使い捨て)[1][3]
ペイロード (GTO) 26,700 lg (使い捨て)[1][3]
ペイロード (火星) 16,800 kg (使い捨て)[1][3]
ペイロード (冥王星) 3,500 kg (使い捨て)[3]
価格 90000000 USD (再使用)[1] / 150000000 USD (使い捨て)[2]
質量あたり最小価格 (LEO) $2,351/kg (使い捨て)
質量あたり最小価格 (GTO) $5,618/kg (使い捨て)

沿革[編集]

開発の始まり[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。」[20]

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[21]

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。」 [22]

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。」[22]

開発の難航[編集]

スペースX社は前述のように、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[23]、2013年に打ち上げる構想を練っていた[24]。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た[23]。しかし初飛行までにはいくつもの壁が立ちはだかった。

発射台の変更[編集]

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[25]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[26]。だが、39A発射台の改修工事に時間がかかり工事終了が2015年11月まで伸びたため打ち上げは2016年半ばに再延期された。

技術的問題[編集]

ファルコンヘビーの開発はファルコン9を単純に3機束ねるだけでは終わらず、技術的な問題が多く発生したことが明らかにされている。主な問題点としては以下が挙げられている。[27]

  • 機体が3機並ぶことから、空力特性が大きく変化してしまった。
  • センターコア(中央の機体)に、両側のブースターからの負荷が集中。
  • 多数のクラスターエンジンの制御問題(両側のブースター並びにコアステージの第一段エンジンの合計数は、失敗したソ連のN-1の30基に迫る27基にも達する)。

この結果、センターコアについてはファルコン9の流用では済まず、新規設計に等しい状態となってしまった。かつ、ファルコンヘビーの特徴の一つとして喧伝されていた推進剤クロスフィードについても、当面は実装されないこととなった。[27]

さらにこの間に派生元のファルコン9にもv1.0→v1.1→FTと変更が加えられており、その結果2016年9月には発射台上で点検中に爆発するという重大事故が発生してしまう。その影響でファルコンヘビーの打ち上げも2017年夏後半へと再々延期となり、前述の技術的問題の対処もありさらに2018年1月へと延期された[28]

初打ち上げ[編集]

離床するファルコンヘビー

2018年1月24日にスペースXはファルコンヘビーの最初の地上燃焼試験をLC-39Aで実施した[29]。1月29日、初の打ち上げを2月6日に行うことが発表され[30]、現地時間の2月6日15時45分 (EST) に打ち上げられ、成功した[7]

この初打ち上げでは、ダミーのペイロードとしてイーロン・マスク氏が所有するテスラ・ロードスターが搭載された(スペースXのCEOのイーロン・マスクは、テスラのCEOでもある)。ロードスターの運転席には「Starman」と名付けられたスペースXが開発中の宇宙服が載せられた。マスク氏は打ち上げ前に「成功する確率は良くて3分の2、あるいは半分ほどかも」といった弱気なコメントを出していたが、打ち上げられた機体は順調な飛行を続け、ロードスターを火星軌道を遥かに超え、小惑星帯まで達する太陽周回軌道に投入した。[27]

また、この打ち上げでは1段目の回収も試みられた。打ち上げから2分30秒後に分離された2機のサイドブースターは、発射場付近の着陸場に向けて飛行。2機同時の着陸に成功した。一方センターコアについては、大西洋上のドローンシップへの着艦が試みられたものの、目標地点に到達せず海上に墜落した。エンジンの点火剤を使い切ってしまったことが原因とみられている。[27]

打ち上げならびに着陸、さらに宇宙空間を飛行するロードスターの様子は全てYouTubeを通じて全世界に生中継された。視聴者数は最大230万人にも達し、YouTube史上歴代2位を記録した。[27]

コスト[編集]

着陸する2機のサイドブースター

ファルコンヘビーの打ち上げコストは、スペースXの発表によれば1段目の回収を行わない場合で1億5000万ドル[2]、サイドブースターを洋上回収しセンターコアを使い捨てにする構成で9500万ドル[31]、1段目を全て回収する構成で9000万ドルとされている(2018年2月時点)[27]。スペースXでは、サイドブースターを洋上回収する場合でも、打ち上げ能力の低下は使い捨てと比較して10%程度に留まるとしている[31](ただし1段目を全て回収する場合は大きく低下する[27])。この価格は米国の既存の超大型ロケット、例えばデルタ IV ヘビーの約3億5000万ドル[32]の半額以下で、一方打ち上げ能力でもファルコンヘビーが同機を上回っている。またスペースXでは、将来的にファルコンヘビー1段目の完全な再使用が実現した場合、ロケットの消耗品は2段目のみとなり、最終的にコストをファルコン9と同等の6200万ドルまで下げることができると主張している[33]

なお、ファルコンヘビーの開発費は約5億ドルとされており、開発費自体も他の大型ロケットに比べて格段に安く済んでいる[27]

打上げ[編集]

打ち上げ実績[編集]

No 日付 / 時間 (UTC) ペイロード 顧客 結果 摘要欄
1 2018年2月6日20時45分 ファルコンヘビー試験飛行英語版

(ダミーペイロードとしてイーロン・マスクCEO所有のテスラ・ロードスターならびにスペースX社製宇宙服を着た「スターマン」というダミー人形を車体に搭載)

スペースX 成功 テスラ・ロードスターは火星遷移軌道に投入。2機のサイドブースターは地上への着陸に成功した。センターブースターもドローンシップへの着艦を試みたがこちらは失敗している。

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
2 2018年 アラブサット 6A

(Arabsat 6A)

アラブサット 計画中
3 2019年[34] 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
4 2020年 ビアサット3号

(ViaSat-3)

ビアサット 計画中

火星探査構想[編集]

火星に着陸するドラゴン宇宙船(想像図)

2011年7月、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構想を明らかにした。計画内では、ファルコンヘビー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うことが考えられており、レッド・ドラゴンと呼称されていた。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ていた。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[35]

スペースXはその後も火星探査への意欲を示しているが、レッド・ドラゴン自体は、後にドラゴン宇宙船のロケットエンジンによる軟着陸が技術的問題により断念された事に伴い、中止されたとみられている[36]

脚注・出典[編集]

  1. ^ a b c d e f g h i Capabilities & Services”. SpaceX. 2018年2月20日閲覧。
  2. ^ a b c @elonmusk (2018-02-13). "The performance numbers in this database are ..." (ツイート). 2018年2月13日閲覧Twitterより. 
  3. ^ a b c d e f g h i j k l Falcon Heavy”. SpaceX. 2018年2月20日閲覧。
  4. ^ Falcon 9 User's Guide”. SpaceX. 2011年4月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年6月12日閲覧。
  5. ^ “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 
  6. ^ “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。 
  7. ^ a b “世界最強の実用ロケット「ファルコンヘビー」、打ち上げ成功”. CNN.co.jp. CNN. (2018年2月6日). https://www.cnn.co.jp/fringe/35114340.html 2018年2月7日閲覧。 
  8. ^ 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 ...”
  9. ^ “Falcon 9 Overview”. SpaceX. (2010年5月8日). http://www.spacex.com/falcon9.php 
  10. ^ SpaceX Announces Launch Date for the World's Most Powerful Rocket”. Spaceref.com. 2011年4月10日閲覧。
  11. ^ 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.
  12. ^ 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." 
  13. ^ Strickland, John K., Jr. (2011年9月). “The SpaceX Falcon Heavy Booster”. National Space Society. 2012年11月24日閲覧。
  14. ^ 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。
  15. ^ 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. 
  16. ^ elonmuskのツイート(726561442636263425)
  17. ^ a b SpaceX enters the realm of heavy-lift rocketry, w:Spaceflightnow.com, April 5, 2011, accessed 2011-04-04.
  18. ^ Space Exploration Technologies Corporation - Falcon Heavy”. SpaceX (2011年12月3日). 2011年12月3日閲覧。
  19. ^ Fairing”. SpaceX. 2016年9月23日閲覧。
  20. ^ 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。
  21. ^ http://www.spaceref.com/news/viewnews.html?id=301
  22. ^ 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.
  23. ^ a b SpaceX Press Conference”. SpaceX. 2011年4月16日閲覧。
  24. ^ 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。
  25. ^ “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。 
  26. ^ “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。 
  27. ^ a b c d e f g h 鳥嶋真也 (2018年2月13日). “爆誕! スペースXの世界最強ロケット「ファルコン・ヘヴィ」”. マイナビ. 2018年2月18日閲覧。
  28. ^ スペースX、1月に「魅力的な」打ち上げを実施へ
  29. ^ SpaceX conducts Falcon Heavy static fire test
  30. ^ “スペースXの世界最強ロケット、2月に打ち上げ”. CNN.co.jp. CNN. (2018年1月29日). https://www.cnn.co.jp/fringe/35113883.html 2018年1月30日閲覧。 
  31. ^ a b @elonmusk (2018-02-13). "Side boosters landing on droneships & center expended is ..." (ツイート). 2018年2月13日閲覧Twitterより. 
  32. ^ @torybruno (2018-02-13). "Hey @elonmusk , congrats again your heavy launch. Clarification: Delta IV Heavy ..." (ツイート). 2018年2月13日閲覧Twitterより. 
  33. ^ Falcon Heavy success paves the way for open access to space beyond Earth”. NASASpaceflight.com (2018年2月9日). 2018年2月12日閲覧。
  34. ^ NET June Falcon Heavy • STP-2
  35. ^ 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." 
  36. ^ スペースX、火星探査用宇宙船「レッド・ドラゴン」の中止を示唆”. Sorae.info (2017年7月20日). 2017年7月20日閲覧。

関連項目[編集]

外部リンク[編集]