XS-1（宇宙船）

DARPA XS-1は、米国国防総省のために小型衛星を軌道上に打ち上げる計画能力を持つ実験的なスペースプレーン/ブースターでした。^[1] 1日に1回の再利用可能設計であると報告されており、10日間連続で再利用可能と明記されていました。^[2] XS-1は、垂直に離陸して極超音速で高い弾道高度まで飛行し、1つ以上の使い捨ての上段ステージを分離してペイロードを低地球軌道に展開できるようにすることで、多段式ロケットの第1段を直接置き換えることを目的としていました。その後、XS-1は地球に戻り、少なくとも24時間に1回はプロセスを繰り返すのに十分な速さで整備される予定でした。^{[3] [4]}

DARPA XS-1プログラムは2013年から2020年まで運用された。^[5] 数年にわたる改良と提案を経て、2017年5月、国防高等研究計画局（DARPA）^[6]は、XS-1宇宙船（現在は実験用スペースプレーンプログラムと呼ばれている）の製造とテストのフェーズ2/3にボーイング社を選定した。^[7]当時、テスト飛行は2020年より早く開始される予定ではなかった。^[7] 2020年1月22日、ボーイング社がプログラムでの役割を中止し、事実上プログラムを終了させることが発表された。^[8]

DARPAは、安価で短期間で開発可能な新しい極超音速航空機を発明することで国家安全保障を強化する目的で、XS-1プログラム（後に実験用スペースプレーンプログラムに改名）を作成した。彼らは、数日以内に低軌道に到達すること、無人の 再利用可能なロケット、外部ブースターを内蔵の自己完結型の極低温推進ブースターに置き換えること、900〜3,000ポンド（410〜1,400 kg）のペイロードを極軌道に展開する能力、弾道極超音速飛行と3,000°F（1,600°C）を超える温度に耐えることができる複合金属の翼、DARPAの空中発射支援宇宙アクセス（ALASA）プログラムによって開発された自律飛行技術、マッハ10への到達などの概念を推進した。^[9]

XS-1プログラムは、再利用可能な宇宙打ち上げロケットを開発するいくつかの失敗した試みに続くものです。1980年代のロックウェルX-30と1990年代のX-33 ベンチャースターは、技術が未熟だったため飛行することはありませんでした。DARPAの最後の試みは、2000年代初頭のレスポンシブアクセス、スモールカーゴ、アフォーダブルローンチ^{[10] [11]} (RASCAL)プログラムであり、75万ドル未満で300ポンド（140kg）のペイロードを軌道に乗せることを目標としていました。

XS-1プログラムは、2013年11月にDARPAの業界デーで発表されました。DARPAは、軽量で低コストの複合機の機体とタンク構造、耐久性のある熱保護、再利用可能で手頃な価格の推進力、航空機のような健康管理システムなど、より優れた技術により、XS-1はより実現可能であると述べました。 ^[5] XS-1プログラムマネージャーのジェス・スポナブルは、2014年2月5日にNASAの将来の宇宙作戦グループで講演し、「ここでのビジョンは、宇宙システムのコストの高騰のサイクルを断ち切り、日常的な宇宙へのアクセスと極超音速車両を可能にすることです」と述べました。^[12]

2014年7月までに、3社がデモ機の設計契約を獲得した。選ばれたのは、ボーイングとブルーオリジン、マステン・スペース・システムズとエックスコール・エアロスペース、ノースロップ・グラマンとヴァージン・ギャラクティックの3社だった。成功が証明されると米軍の一部に引き継がれた他のDARPAプログラムとは異なり、この取り組みは最初から機関と業界の直接的なパートナーシップとなるように設計されていた。2015年8月、ボーイング、ノースロップ・グラマン、マステン・スペース・システムズはいずれも、プログラムのフェーズ1Bの設計コンセプトを継続するためにDARPAから追加資金を受け取った。2015年時点で^{[アップデート]}、最初のXS-1軌道ミッションは早ければ2020年に実施される予定だった。^[13]

DARPAは2016年4月にXS-1プログラムのフェーズ2を開始しました。^[14] 2016年7月、DARPAは「2013/14年に始まったが、[2016年には]募集プロセスを通じて強化され、いくつかの業界コンセプトの作成が可能になった新たな取り組みを行うのに適切な時期であると考えている。[募集]要件によると、有翼航空機[要件]は引き続き、10日間で10回の飛行が可能で、積載量が3,000ポンドを超え、1回の飛行あたり500万ドル未満のコストである必要があります。」と述べました。^[15]

2017年5月、DARPAはXS-1（現在は実験用スペースプレーンプログラムと呼ばれている）の製造とテストを行うフェーズ2/3にボーイング社を選定した。 ^[7]フェーズ2/3の契約には、DARPAからの1億4,600万ドルの資金と同社からの未特定の寄付が含まれていた。^[16]

2020年1月22日、DARPAはボーイングがXS-1プログラムから「即時」撤退し、事実上プログラムを終了すると発表した。^{[8] [16]}

2013年9月時点でのプログラムの目標は^{[アップデート]}以下の通りであった。^{[3] [17]} スペースプレーンは、 1回の飛行あたり500万ドル未満の費用で、3,000～5,000ポンド（1,400～2,300 kg）のペイロードを低地球軌道に運ぶこと^[4]。年間10回以上の飛行率。当時、このタイプのペイロードを打ち上げるには、オービタル・サイエンシズ社の ミノタウロスIV使い捨てブースターを1回5,500万ドルで使用しなければならなかった。

• マッハ 10（時速12,300km）以上の超音速飛行
• 10日間で10回の飛行を含む、1日で完了する迅速な処理時間
• 軌道上の1,800 kg（4,000ポンド）のペイロード
• 打ち上げコストは現在の打ち上げシステムの10分の1以下、1回の飛行あたり約500万ドル^[4]
• 無人車両
• 再利用可能な第一段ブースターを使用して極超音速で亜軌道高度まで飛行し、衛星を分離して展開する1つ以上の使い捨ての上段ステージと結合します^{[18] [19]}

ボーイング、ノースロップ・グラマン・エアロスペース・システムズ、マステン・スペース・システムズはフェーズ1の概念設計契約を締結している。

ボーイングは当初、ブルーオリジンとトレードオフの検討を行った。ボーイングの設計では、自律型ブースターが第2段とペイロードを高高度まで運び、宇宙に展開する。その後、ブースターは地球に戻り、現代の航空機と同様の運用とメンテナンスの原則を適用することで、次の飛行に迅速に備えることができる。^[20]

ノースロップ・グラマンは、航空機、宇宙船、自律システムに関する経験を生かし、製造と組み立てを主導するスケールド・コンポジッツと、商業用スペースプレーンの運用と移行を率いるヴァージン・ギャラクティックからなるチームと協力した。ヴァージン・ギャラクティックとスケールド・コンポジッツはともに、世界で唯一の商業用スペースラインであるスペースシップ・ツーに携わった。チームはまた、DARPA、NASA、米国空軍研究所の関連プロジェクトで開発された技術を活用し、政府に「それらの投資に対する見返り」を与えた。彼らのコンセプトには、最小限のインフラと地上要員を備えたトランスポーター・エレクター・ランチャーを使用したクリーン・パッド・ローンチ^{[説明が必要]、}高度に自律的な飛行操作、標準滑走路での水平着陸と回収が含まれていた。^[18]

マステン・スペース・システムズは、再利用可能なロケット推進機の迅速な開発経験があり、同社のXombie、Xoie、Xaero垂直離着陸（VTVL）設計は、プログラムで設定された10日間で10回の飛行という目標をすでに達成または上回っている。同社は約30人の従業員で構成され、モハベ航空宇宙港の小さな建物に本社を置いているが、宇宙港でさまざまな小型VTVLシステムを短距離飛行させ、月や他の惑星に宇宙船を安全に着陸させるために設計された誘導、航法、制御（GNC）システムのテストベッドとして何年も使用してきた。同社のコンセプトは、翼と尾翼を備えたVTVLシステムが発射台から垂直に離陸することを示した。マステン・スペース・システムズは、フェーズ1AでXCOR Aerospaceと提携した。^[21]

フェーズ2と3

2017年5月、ボーイング社はDARPAと提携してXS-1を製造することに選ばれた。^[22] エアロジェット・ロケットダインは、 RS-25エンジンから派生したAR-22エンジンを宇宙船に提供することになっていた。 ^[23]プロトタイプの製造と飛行を行うフェーズ2/3契約には、DARPAの資金1億4,600万ドルが含まれていた。 ^{[16] [説明が必要]}

ボーイングの設計は、ファントムエクスプレスと呼ばれる垂直離陸水平着陸（VTHL）機体^[7]で、国の宇宙へのアクセスを増やすことを目的としていました。^[24]計画された仕様には、機体の高さ100フィート（30メートル）、翼幅62フィート（19メートル）が含まれています。ファントムエクスプレスは、もともとスペースシャトルプログラム用に製造されたエアロジェットロケットダイン AR-22エンジンを使用する予定でしたが、10日以内に10回再利用できるように改造され、1回の打ち上げあたり500万ドル未満でした。衛星を安価かつ迅速に打ち上げることを目的としており、再利用性により打ち上げあたりのコストがさらに削減されました。この性能要件は、2018年7月にテストスタンドで実証されました。 ^[25] 2020年1月22日、ボーイングのファントムワークス部門がプログラムでの役割を終了することが発表されました。ボーイングの代表者は、XS-1プロジェクトへの投資は、航空、海上、宇宙領域に関連する他のボーイングプロジェクトに再配分されると述べた。^[8] DARPAは、開発のマイルストーン達成に応じて支払いを受けたため、返金を求めなかった。このプログラムは、当時利用可能な技術がXS-1プログラムに類似した新しいプロジェクトをサポートできることが実証され、技術的な障壁も存在しなかったため、まったく実りがなかったわけではない。^[26]

• ボーイング ファントム エクスプレス公式サイト
• DARPA XS-1 アーティスト コンセプト アニメーション ビデオ、2014 年。
• Masten Space Systems, Inc. の受賞通知、300万ドル、米国政府文書、2014年6月27日。DARPA XS-1 アーティストコンセプトアニメーションビデオ