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 マクドネル・ダグラス DC-XA 再使用型打ち上げロケット (RLV) コンセプト | |
| 関数 | プロトタイプSSTO車両 |
|---|---|
| メーカー | マクドネル・ダグラス（カリフォルニア州ハンティントンビーチ） |
| 原産国 | アメリカ合衆国 |
| プロジェクト費用 | 6,000万ドル（1991年） |
| サイズ | |
| 身長 | 12メートル（39フィート） |
| 直径 | 4.1メートル（13フィート） |
| 質量 | 18,900キログラム（41,700ポンド） |
| ステージ | 1 |
| 発売履歴 | |
| 状態 | 引退 |
| 発射場 | ホワイトサンズミサイル実験場 |
| 総打ち上げ数 | 12 |
| 成功 | 8 |
| 失敗 | 1 |
| 部分的な障害 | 3 |
| 初飛行 | 1993年8月18日 |
| 最終便 | 1996年7月31日 |
| 第一段階 | |
| 直径 | 4.1メートル（13フィート） |
| 空の塊 | 9,100キログラム（20,100ポンド） |
| 総質量 | 18,900キログラム（41,700ポンド） |
| 搭載 | RL-10A-5 液体燃料ロケットエンジン4基 、気体酸素/気体水素スラスタ4基 |
| 最大推力 | メインロケット、60 kN (13,000 lb f ) スラスタ、2.0 kN (440 lbf) |
| 推進剤 | 液体酸素と液体水素 |
DC -Xは、デルタ・クリッパーまたはデルタ・クリッパー実験機の略で、1991年から1993年にかけてマクドネル・ダグラス社が米国防総省の戦略防衛構想機構(SDIO)と共同で製造した再利用可能な単段式軌道 投入ロケットの無人試作機である。 1994年から1995年まで、米国民間宇宙機関NASAの資金提供によりテストが続けられた。[1] 1996年、DC-Xの技術はNASAに完全に譲渡され、NASAは性能向上のために設計をアップグレードしてDC-XAを開発した。1996年のDC-XAのテスト飛行で火災が発生した後、プロジェクトは中止された。中止されたにもかかわらず、このプログラムは後の再利用可能な打ち上げシステムに影響を与えた。マイケル・D・グリフィンはそれ以来、このプログラムを「政府の研究開発の最高峰」と称賛している。[2]
背景
作家のジェリー・パーネルによると、「DC-Xは私のリビングルームで考案され、グラハム将軍、マックス・ハンター、そして私によって国家宇宙会議議長のダン・クエールに売り込まれた」。しかし、マックス・ハンターによると、彼は引退する前の数年間、ロッキード・マーティンにこの構想の価値を納得させようと懸命に努力したという。[3]ハンターは1985年に「機会」と題する論文を書き、低コストの「既製」の市販部品と当時利用可能な技術で構築された単段式軌道上宇宙船の構想を詳述したが、[4]ロッキード・マーティンはそのようなプログラムに自ら資金を提供するほど興味を持っていなかった。
1989年2月15日、ポーネル、グラハム、ハンターは副大統領ダン・クエールとの会談の場を確保した。[5]彼らは、宇宙兵器システムはスペースシャトルよりもはるかに信頼性が高く、打ち上げコストが低く、ターンアラウンドタイムがはるかに短い宇宙船で整備される必要があると指摘し、SDIOにそのアイデアを「売り込む」ことに成功した。[要出典]
設計の不確実性を考慮して、基本計画は意図的に単純なテスト機を製作し、「少し飛ばして、少し壊す」ことで、完全に再利用可能な迅速な宇宙船の経験を積むことだった。機体で経験を積むにつれて、まずは軌道上テスト、次に軌道上テスト用に大型の試作機が製作される。最終的に、これらの試作機から商業的に受け入れられる機体が開発される。一般的な航空機用語に合わせ、彼らは小型試作機を DC-X と呼ぶことを提案した。X は米国空軍の「実験用」の呼称である。これに続いて「DC-Y」が続き、Y は米国空軍の生産前テスト機および試作機 (例: YF-16 ) の呼称である。最終的に、生産バージョンは「DC-1」として知られることになる。[要出典] 「デルタ クリッパー」という名前は、ダグラス DC-1から始まるダグラスの「DC シリーズ」の旅客機とのつながりを示すために「DC」という頭字語に選ばれた。[要出典]
この機体は、単段式軌道上VTOL機が宇宙旅行の未来であると考えたマクドネル・ダグラス社のエンジニア、フィリップ・ボノの設計に触発されたものである。 [6]デルタ・クリッパーは、1967年のボノのSASSTO機に非常によく似ていた。ボノはDC-Xの最初の試験飛行の3か月も経たないうちに亡くなった。[7]
SDIO要件
SDIOは「最大3,000ポンド（1361kg）のペイロードを高度150万フィート（457km）まで打ち上げることができ、発射場に戻って正確な軟着陸ができ、3日から7日以内に次のミッションのために打ち上げることができる弾道回収型ロケット（SRR）」を要求した。[8] : 4
仕様
DC-X仕様: [9]
- 高さ12メートル、底部の直径4.1メートル、円錐形
- 空重量: 9100 kg。燃料搭載重量: 推進剤満載時: 18,900 kg
- 推進剤: 液体酸素と液体水素
- 推進力: RL10A-5ロケット エンジン 4 基、それぞれ 6,100 kgf の推力を発生。各エンジンは 30% から 100% までスロットル調整可能。各ジンバルは +/- 8 度。
- 反応制御: 440ポンド推力のガス酸素、ガス水素スラスタ4基
- 誘導、航行および制御用航空電子機器: 高度な 32 ビット、4.5 MIPS コンピュータ、リング レーザー ジャイロを備えたF-15航行システム。F /A-18加速度計およびレート ジャイロ パッケージ。全地球測位衛星 P(Y) コード レシーバー。デジタル データ テレメトリ システム。レーダー高度計。
- 油圧システム: 車両の 5 つの空力フラップと 8 つのエンジン ジンバル アクチュエータ (エンジンごとに 2 つ) を駆動する標準的な航空機用油圧システム。
- 構成材料: エアロシェルとベースヒートシールド: 特殊シリコンベースの熱保護コーティングを施したグラファイトエポキシ複合材; 主推進剤タンク: 2219 合金アルミニウム; 主構造サポート: アルミニウム; 着陸装置: スチールとチタン
デザイン
3分の1サイズのプロトタイプとして構築された[10] DC-Xは、軌道高度や速度を達成することを目的として設計されたのではなく、垂直離着陸の概念を実証するために設計された。垂直離着陸の概念は、1950年代のSF映画（Rocketship XM、Destination Moonなど）では人気があったが、現実世界の宇宙船の設計では見られなかった。標準的なロケットのように垂直に離陸するが、機首を上にして垂直に着陸することもできる。この設計では、姿勢制御スラスタと逆噴射ロケットを使用して降下を制御し、機体が機首から大気圏に突入し、その後回転して基部の着陸支柱で着陸できるようにする。機体は着陸した場所で燃料を補給し、まったく同じ位置から再び離陸することができ、この特性により前例のないターンアラウンドタイムが可能になった。
理論上は、ベースファーストの再突入プロファイルの方が調整が簡単でしょう。機体のベースは、エンジンの排気に耐えるためにすでにある程度の熱保護が必要なので、さらに保護を追加するのは簡単です。さらに重要なのは、機体のベースが機首部分よりもはるかに大きいため、熱負荷が広い領域に分散されるため、ピーク温度が低くなることです。最後に、このプロファイルでは、着陸時に宇宙船を「ひっくり返す」必要はありません。[引用が必要]
しかし、軍事的役割のため、これは実現不可能であった。宇宙船に求められる安全要件の 1 つは、「1 周したら中止する」、つまり 1 周した後に着陸に戻る能力である。通常の低軌道は90 分から 120 分かかるため、その間に地球は東に約 20 度から 30 度回転する。米国南部からの打ち上げの場合、約 1,500 マイル (2,400 km) 回転する。宇宙船が東に打ち上げられる場合、これは問題にならないが、軍事宇宙船に必要な極軌道の場合、軌道が完了するときに宇宙船は発射地点の西側の地点を飛び越える。発射地点に着陸するためには、宇宙船は相当なクロスレンジ操縦性を備えている必要があるが、これは大きな滑らかな表面では実現が難しい。デルタ クリッパーの設計では、必要なクロスレンジ能力を提供するために、胴体の平らな側面と大きな制御フラップを備えた機首からの再突入を採用した。このような再突入プロファイルを制御する実験はこれまで試みられたことがなく、プロジェクトの主要な焦点でした。[要出典]
DC-X プロジェクトのもう一つの焦点は、メンテナンスと地上支援を最小限に抑えることだった。この目的のため、機体は高度に自動化され、管制センターには 3 人しかいなくて済んだ (飛行操作に 2 人、地上支援に 1 人)。[要出典]
飛行試験
DC-Xの建造は1991年にマクドネル・ダグラスのハンティントンビーチ工場で開始された。[11]エアロシェルはスケールド・コンポジッツ社によって特注で製造されたが、エンジンや飛行制御システムなど宇宙船の大部分は市販の既製部品から製造された。
DC-Xは1993年8月18日に59秒間初飛行した。[5]これはロケットが地球に垂直に着陸した初めてのケースであると主張された。[12] 9月11日と9月30日にもさらに2回の飛行を行ったが、SDIO計画の縮小に伴う副作用で資金が枯渇した。さらに、この計画は批判者から実現不可能とみなされていた。[13]アポロ宇宙飛行士のピート・コンラッドは、いくつかの飛行で地上管制を担当した。[14]これらのテストはニューメキシコ州のホワイトサンズミサイル実験場で実施された。[15]
しかし、NASAと高等研究計画局（ARPA）からさらなる資金提供を受けた。[1]テストプログラムは1994年6月20日に136秒間の飛行で再開された。次の飛行である1994年6月27日には、飛行中に軽微な爆発が発生したが、機体は停止して自動着陸を成功させた。この損傷が修復された後、テストは再開され、1995年5月16日、6月12日、7月7日にさらに3回の飛行が行われた。最後の飛行では、ハードランディングによりエアロシェルが割れた。この時点でプログラムへの資金提供はすでに打ち切られており、必要な修理のための資金はなかった。[16] DC-Xの高度記録は2,500メートルで、1995年7月7日のDC-XAへのアップグレード前の最後の飛行で記録された。[16]
DC-XA
NASAは、1995年の最後のDC-X飛行の後、このプログラムを引き受けることに同意した。DC-Xデモンストレーターの当初のコンセプトとは対照的に、NASAは一連の主要なアップグレードを適用して新しい技術をテストした。特に、酸素タンクはロシア製の軽量（合金2219と同等の合金1460）アルミニウムリチウム合金タンクに、水素タンクはグラファイトエポキシ複合設計に置き換えられた。[17] 制御システムも同様に改良された。アップグレードされた車両はDC-XAと呼ばれ、クリッパーアドバンスト/クリッパーグラハムに改名され、1996年に飛行を再開した。[5]
DC-XA試験機の初飛行は1996年5月18日に行われたが、故意の「低速着陸」によりエアロシェルが過熱し、軽微な火災が発生した。損傷はすぐに修復され、機体は6月7日と8日にさらに2回飛行し、26時間のターンアラウンドとなった。[5] 2回目の飛行で、機体は高度と飛行時間記録を樹立した。高度は3,140メートル（10,300フィート）、飛行時間は142秒だった。また、6月8日の飛行中、機体はロケットとしては初めて計画された回転操作を実行し、機首を前にした前進飛行から制御された後進飛行に移行した。この回転操作の頂点で、DC-XAは後方に回転して減速し、メインエンジンの制御下で機首を地平線から10度下に向けて後方に飛行した。その後、機首上げ姿勢への制御された回転を行い、動力による軟着陸を実施した。この操作により、単段軌道投入型宇宙船が前進姿勢で空力ブレーキを使用して効率的に軌道から戻り、その後回転して宇宙港に基地から動力による着陸を行うことができることが示された。[要出典]
1996 年 7 月 31 日の次の飛行が、最後の飛行となった。このミッションの打ち上げおよび飛行部分は完璧であったが、完璧な着陸に向けて減速した後、4 本の着陸支柱のうち 3 本しか伸びなかった。機体は 3 本の支柱の上でバランスを保つことができず、着陸パッド上でゆっくりと横に倒れた。機体の側面がコンクリートのパッドに衝突したとき、メインの液体酸素タンクが割れて LOX がパッド上に漏れた。この LOX がベース熱シールド上の少量の赤熱物質に接触し、火災が発生した。着陸支柱の飛行後の検査で、故障した支柱への空気圧窒素作動ラインが切断されていることが判明した。このラインは通常、飛行前テスト中に各支柱を地上カートで伸縮させるときに支柱から切断される。通常、このような落下による構造的な損傷は軽微なものにとどまるが、タンクから漏れた液体酸素が火災を引き起こし、DC-XAが激しく焼失し[18]、修理が不可能になるほどの甚大な被害をもたらした[16] 。
事故後の報告書で、NASA のブランド委員会は、資金の供給が途切れたり、中止の脅しが絶えなかったりして作業を続け、疲れ果てた現場作業員が事故の原因であると非難した。作業員の多くは元々 SDIO プログラムに関わっていたが、NASA がプログラムに及ぼした「萎縮」効果や、テスト計画の一環として NASA が要求した大量の書類作業についても非常に批判的だった。[要出典]
NASAは、SDIOの指揮下でのこのプロジェクトの大成功によって「恥をかかされた」後、しぶしぶこのプロジェクトを引き受けた。[要出典]このプロジェクトの継続的な成功は、NASAの「自家製」ロッキード・マーティンX-33 /ベンチャースタープロジェクトと競合したため、NASA内でかなりの政治的対立を引き起こした。ピート・コンラッドは新しいDC-Xの価格をNASAの基準では安い5000万ドルとしたが、NASAは予算の制約を考慮してこの機体を再建しないことに決めた。[16]代わりに、NASAはロッキード・マーティン ・ベンチャースターの開発に注力した。これはDC-Xに対する批判、特にベンチャースターの飛行機のような着陸に答えるものだと感じた。多くのNASAエンジニアはDC-Xの垂直着陸よりもベンチャースターの着陸を好んだ。わずか数年後、ベンチャースタープロジェクト、特に複合LH2（液体水素）タンクの度重なる失敗により、プログラムは中止された。[19]
プログラム費用
オリジナルのDC-Xは21ヶ月で6000万ドルの費用をかけて建造されました。[20]これは現在の価値に換算すると1億2000万ドルに相当します。[21]
遺産
DC-Xの開発に携わったエンジニアの何人かはブルーオリジンに雇われ、彼らのニューシェパード宇宙船はDC-Xの設計に触発された。[22] DC-Xは、アルマジロ・エアロスペース[5] 、マステン・スペース・システムズ[ 5]、TGVロケッツの宇宙船設計の多くの要素にインスピレーションを与えた。[要出典] イーロン・マスクは、スペースXのファルコン9の開発は「DC-Xプロジェクトの素晴らしい仕事の継続である」と述べた。 [23]
NASAのエンジニアの中には、DC-Xが有人火星着陸船の解決策になるかもしれないと指摘する者もいる。[24]地球の重力井戸でSSTOとして動作するDCタイプの宇宙船が開発されていれば、たとえ乗組員が最低でも4～6人しかいなくても、その派生型は火星と月の両方のミッションに非常に適していたかもしれない。そのような派生型の基本的な操作は「逆」にする必要がある。つまり、離陸してから着陸するところから、着陸してから離陸するところまでだ。しかし、これが地球上で実現できれば、火星と月の両方にある弱い重力により、特に後者の目的地では、ペイロードの能力が劇的に向上するだろう。[要出典]
設計変更として、 DC-X が使用した液体水素と液体酸素に必要な比較的大規模な地上支援を必要としない酸化剤/燃料の組み合わせを使用することや、着陸中および着陸後の安定性を高めるために 5 本目の脚を追加することを提案した人もいます。[引用が必要]
参照
- ロッキード・マーティン X-33 – ベンチャースターの無人再利用可能宇宙飛行機技術実証機
- ブルーオリジン ニューシェパード – ブルーオリジンが開発したロケット
- クワッド（ロケット） – VTVL技術デモンストレーター
- ザーリャ – ソ連の軌道船設計
- SpaceXの再利用可能な打ち上げシステム開発プログラム
- CORONA – ロシアの再利用可能な単段式軌道投入ロケットの試作機
- プロジェクト・モーフィアス – NASA の垂直離着陸試験機、ALHAT およびクアッド着陸機の開発を継続
- 再使用型ロケット試験 – 日本の再使用型ロケット試験プロジェクト
- Kankoh-maru – 日本の軌道ビークルの設計
参考文献
- ^ ab 「Delta Clipper Test Program Off To Flying Start」マクドネル・ダグラス、NASA経由。1994年6月20日。2021年3月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。2020年12月21日閲覧。
- ^ 「RLVに雷が2度落ちることはあり得るか？」。The Space Review 。 2023年1月15日閲覧。
- ^ マックス・ハンターの声明、ホワイトサンズ、1995年5月16日、デイブ・クリングラーとの会話
- ^ SDIO の SSTO プログラムの興亡、X ロケットからデルタ クリッパーまで、アンドリュー J. ブトリカ、NASA
- ^ abcdef Lerner、Preston（2010年8月）。「ホワイトサンズのブラックデー」。Air & Space Magazine。スミソニアン協会。 2020年12月20日閲覧。
- ^ ヘルナンデス、グレッグ (1993-05-27). 「再利用可能ロケットブースターの設計者フィリップ・ボノが72歳で死去」ロサンゼルス・タイムズ。 2020年9月28日閲覧。
- ^ 「フィリップ・ボノ個人文書の記述的発見ガイド」（PDF） 。 2020年10月10日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。2020年10月7日閲覧。
- ^ 単段ロケット技術 DC-X テストプログラムの環境アセスメント 2021-05-08ウェイバックマシンでアーカイブ1992年6月 147ページ
- ^ “DCX”. astronautix.com. 2012年12月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年1月4日閲覧。
- ^ Chris 'Xenon Hanson. 「DC-Xについて」。2002年10月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ McLaughlin, Hailey Rose (2019年10月29日). 「DC-X: SpaceXとBlue Originに影響を与えたNASAのロケット」. Discover . Kalmbach Publishing . 2020年12月21日閲覧。
- ^ 「ロケットのテスト飛行は好調」タンパベイタイムズ。タンパ。1993年8月20日。 2020年12月21日閲覧。
- ^ Burdick, Alan (1993年11月7日). 「Pie In The Sky?」. The New York Times . ニューヨーク. pp. 6–46 . 2020年12月21日閲覧。
- ^ クラークス、グレッグ：宇宙の迷宮：NASAの崩壊と新しい宇宙時代の夢、104ページ。Secker＆Warburg、2004年
- ^ ブルックス、ロドニー（2022）。「一夜にして成功への長い道のり」IEEE Spectrum 59 （ 4）：21。doi ： 10.1109 /MSPEC.2022.9754499。S2CID 248116398 。
- ^ abcd 「デルタクリッパー実験機：飛行試験アーカイブ」NASA、マクドネル・ダグラス。1998年1月6日。2018年9月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。2004年4月9日閲覧。
- ^ 「デルタ・クリッパーはシャトルを撃墜するか？」ブルームバーグ。1996年7月8日。 2020年12月21日閲覧。
- ^ Norris, Guy (1996年8月6日). 「クリッパーの飛行は惨事に終わる」. FlightGlobal . 2020年12月20日閲覧。
- ^ 「軌道上の Lockheed Martin の VentureStar - コンピュータ グラフィック」。1996 年 5 月。1999 年 1 月 28 日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ Jason Moore & Ashraf Shaikh (2003 年 12 月)。「Delta Clipper – 未来への道」(PDF)。テキサス大学オースティン校。2013年1 月 4 日閲覧。
- ^ 1634–1699: McCusker, JJ (1997)。「実際のお金はいくらですか? 米国経済における貨幣価値のデフレーターとして使用する歴史的物価指数: 補遺と訂正」(PDF)。アメリカ古物協会。1700–1799: McCusker, JJ (1992)。「実際のお金はいくらですか? 米国経済における貨幣価値のデフレーターとして使用する歴史的価格指数」(PDF)。アメリカ古物協会。1800年～現在：ミネアポリス連邦準備銀行。「消費者物価指数（推定）1800年～」。2024年2月29日閲覧。
- ^ シュワルツ、ジョン (2007-01-09)。「秘密主義の航空宇宙会社がロケット計画について少し明らかに」ニューヨークタイムズ。 2018年9月23日閲覧。
- ^ 「DC-Xから25年、宇宙アクセスの進歩を測定」。The Space Review 。 2023年1月15日閲覧。
- ^ 「宇宙ロケットの自律精密着陸」 2016年. 2020年1月1日閲覧。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、マクドネル・ダグラス DC-Xに関連するメディアがあります。
- Astronautix.com の DC-X ページ
- DC-X ファクトシートは 2009-01-16 にWayback Machineでアーカイブされ、DC-X テスト飛行は Nasa.gov で 2018-09-02 にWayback Machineでアーカイブされました。
- GlobalSecurity.org の DC-X ページ
- DCXについて - 一人称の説明とビデオが含まれています
- 宇宙へ行く - XプログラムとSSTOについて説明します
- DC-Xの誕生 - ダン・クエールにDC-Xを販売
- hobbyspace.com からの DCX リソースとリンク
- 環境アセスメント（単段ロケット技術 DC-X テストプログラム） 2021-05-08 にWayback Machineでアーカイブ1992 年 6 月、147 ページ