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リフティングボディとは、機体自体が揚力を発生させる固定翼航空機または宇宙船の構成のことである。従来の胴体構造が最小限または全くない全翼機とは対照的に、リフティングボディは従来の翼がほとんどまたは全くない胴体と考えることができる。全翼機は非揚力面を排除することで亜音速での巡航効率を最大化しようとするのに対し、リフティングボディは一般的に亜音速、超音速、極超音速飛行、または宇宙船の再突入のために翼の抗力と構造を最小限に抑える。これらの飛行モードはすべて、適切な飛行安全性を確保する上で課題となる。
リフティングボディは、小型軽量の有人宇宙船を開発する手段として、1960年代から1970年代にかけて主要な研究分野となった。米国は、この概念を検証するために多数のリフティングボディロケット飛行機を製造したほか、太平洋上で試験されたロケット打ち上げ式再突入機も複数開発した。しかし、米空軍が有人ミッションへの関心を失うにつれて、リフティングボディへの関心も薄れ、スペースシャトルの設計過程で、機体の形状が複雑であるため燃料タンクの搭載が困難であることが明らかになったため、主要な開発は終了した。
1990年代と2000年代の先進的な宇宙往還機のコンセプトでは、リフティングボディ設計が採用されました。例としては、 HL-20 有人打ち上げシステム(1990 年) やプロメテウス宇宙往還機(2010 年) などがあります。HL -20 技術の拡張であるドリームチェイサーリフティングボディ宇宙往還機は、国際宇宙ステーションへの米国人乗組員の往復輸送に利用できる可能性のある 3 つの機体の 1 つとして提案されましたが、最終的には補給機として選ばれました。2015 年、ESA中間実験機は、リフティングボディ宇宙船の史上初の再突入に成功しました。[ 1 ]
リフティングボディは1917年までに構想されており、その年にはロイ・スクロッグスが厚い胴体を含むデルタ翼のような平面形状の航空機を特許で説明した。[ 2 ]しかし、低速ではリフティングボディは非効率的で、主流の航空機設計には採用されなかった。
航空宇宙関連のリフティングボディ研究は、宇宙船が 地球の大気圏に再突入し、通常の飛行機のように着陸するというアイデアから生まれた。大気圏再突入後、マーキュリー、ジェミニ、アポロシリーズのカプセル型宇宙船は、着陸地点をほとんど制御できなかった。翼を備えた操縦可能な宇宙船であれば、着陸範囲を大幅に拡大できる。しかし、機体の翼は、再突入と極超音速飛行の両方の動的および熱的応力に耐えられるように設計する必要がある。ある提案では、翼を完全に排除し、胴体自体が揚力を発生させるように設計した。
NASAによるリフティングボディの概念の改良は、1962 年にNASAアームストロング飛行研究センターのR. デール リードによって開始されました。[ 3 ]リードのプログラムから生まれた最初の実物大モデルは、木製の動力のない機体であるNASA M2-F1でした。最初のテストは、改造されたポンティアック カタリナの後ろにM2-F1 を牽引して、カリフォルニア州エドワーズ空軍基地の乾燥した湖底に沿って行いました。[ 4 ]その後、この機体はC-47に牽引されて放されました。M2-F1 はグライダーだったので、着陸範囲を広げるために小型のロケットモーターが追加されました。M2-F1 はすぐに「空飛ぶバスタブ」というニックネームが付けられました。
1963年、NASAはB-52ジェット爆撃機の派生型であるNB-52Bの右翼下から空中発射される、より重いロケット推進式リフティングボディ機のプログラムを開始した。最初の飛行は1966年に始まった。ドライデン・リフティングボディのうち、動力のないNASA M2-F1を除くすべてが、ベルX-1で使用されていたXLR11ロケットエンジンを使用した。[ 5 ]ノースロップHL-10 と名付けられた後継機は、 NASAラングレー研究センターで開発された。ノースロップM2-F2リフティングボディの墜落は、気流剥離が原因であった。HL-10は、左舷と右舷の垂直安定板を外側に傾け、中央の垂直安定板を大きくする ことで、この問題の一部を解決しようとした。
1965年から、ロシア製のリフティングボディ機であるミコヤン・グレビッチMiG-105（EPOS、ロシア語でExperimental Passenger Orbital Aircraftの略）の開発が始まり、数回の試験飛行が行われた。1978年に開発の重点がブラン計画に移ったため、MiG-105の開発は終了したが、別の小型宇宙船の開発はボル計画で部分的に継続された。
IXVは、 FLPPプログラムの枠組みで評価される可能性のある欧州の再利用型ロケットを検証することを目的とした、欧州宇宙機関のリフティングボディ実験再突入機である。IXVは2015年2月にベガロケットで初飛行を行った。[ 6 ]
オービタル・サイエンシズ社は2010年に商業用リフティングボディ型宇宙飛行機を提案した。[ 7 ] プロメテウスについては以下で詳しく説明する。
リフティングボディは、複雑な制御、構造、および内部構成上の問題を引き起こす。スペースシャトルでは、リフティングボディは最終的にデルタ翼設計に置き換えられた。非常に急な降下角と高い沈下率での高速着陸アプローチを用いた飛行試験で取得されたデータは、シャトルの飛行および着陸プロファイルのモデリングに使用された。
大気圏再突入の計画においては、着陸地点は事前に選定されます。再利用可能な再突入機の場合、コスト削減と打ち上げまでの所要時間の短縮のため、通常は打ち上げ地点に最も近い地点が優先されます。しかし、着陸地点付近の天候は飛行の安全性に大きく影響します。季節によっては、着陸地点の天候は再突入と安全な着陸の開始と実行に必要な時間に対して急速に変化する可能性があります。天候によっては、代替着陸地点に着陸しなければならない場合もあります。さらに、ほとんどの空港には、宇宙船に必要な着陸進入速度と滑走距離を支えるのに十分な長さの滑走路がありません。このような要件を満たす、あるいは満たすように改修できる空港は世界でもごくわずかです。そのため、代替着陸地点は米国をはじめ世界中に広く分散しています。スペースシャトルのデルタ翼設計は、こうした問題によって推進されました。これらの要件は、スペースシャトルの飛行着陸範囲を拡大するという要件によってさらに複雑化しました。
とはいえ、リフティングボディのコンセプトは、前述のNASAのX-38、ロッキード・マーティンのX-33、BACのマルチユニット宇宙輸送回収装置、欧州のEADSフェニックス、そしてロシアと欧州が共同開発したクリッパー宇宙船など、他の多くの航空宇宙プログラムで採用されています。こうしたプログラムで通常分析される3つの基本的な設計形状（カプセル、リフティングボディ、航空機）のうち、リフティングボディは、顧客のミッション要件を満たしつつ、操縦性と熱力学の面で最良のトレードオフを提供できる可能性があります。
ドリームチェイサーは、シエラネバダコーポレーション（SNC）が開発中の、準軌道および軌道[ 8 ]垂直離陸水平着陸（VTHL）リフティングボディ宇宙機です。ドリームチェイサーの設計では、最終的には最大7人を低地球軌道に往復させる予定で、現在は商業補給サービスプログラムの下で国際宇宙ステーションへの貨物輸送に使用される予定です。この機体はバルカンセントールで垂直に打ち上げられ、通常の滑走路に水平に着陸します。[ 9 ]
翼を持つ航空機の中には、揚力を発生させる胴体を採用しているものもある。1930年代初頭のベランカ航空機会社の高翼単葉機の設計の中には、ベランカ・エアクルーザーのように、ある程度の揚力を発生させることができる翼型に近い胴体を持つものがあり、一部のバージョンでは翼支柱に幅広のフェアリングが取り付けられ、揚力を発生させる能力が与えられていた。同様に、1930年代のジービーR-1スーパースポーツスターレーシング機も、より現代的な空力研究から、レース中にパイロンターンで大きくバンクしているときに、R-1のレースでの役割にとって重要な胴体設計によってかなりの揚力を発生させる能力があったことが示されている。[ 10 ]ヴィンセント・バーネリは、 1920年代から1950年の間に胴体の揚力を利用した航空機をいくつか開発した。初期のベランカ単葉機と同様に、ショートSC.7スカイバンは胴体の形状からかなりの揚力を生み出し、その揚力は両翼がそれぞれ生み出す35%の揚力にほぼ匹敵する。
F-15イーグルなどの戦闘機は、翼間の幅広の胴体からもかなりの揚力を得ます。F-15イーグルの幅広の胴体は揚力効率が非常に高いため、F-15はほぼフルパワーではあるものの、片翼だけでも着陸に成功し、推力は揚力に大きく貢献します。1983年の夏、イスラエルのF-15は、ネゲブ砂漠のナハル・ツィン近郊で、スカイホークとの模擬空中戦を訓練目的で行いました。演習中、スカイホークの1機が計算を誤り、F-15の翼の付け根に激しく衝突しました。F-15のパイロットは翼が深刻な損傷を受けたことを認識していましたが、翼の損傷の程度を知らずに近くの空軍基地に着陸しようとしました。着陸後、操縦席から降りて後ろを振り返った時になって初めて、パイロットは何が起こったのかを悟った。翼が完全に機体から引きちぎられており、片翼だけで着陸していたのだ。数か月後、損傷したF-15は新しい翼を取り付けられ、飛行隊での作戦任務に復帰した。マクドネル・ダグラスの技術者たちは、片翼での着陸の話を信じがたいと感じていた。彼らの計画モデルからすれば、これはあり得ないことだったからだ。[ 11 ]
2010年、オービタル・サイエンシズは、商業乗員輸送プログラムの下で宇宙飛行士を低軌道に運ぶ商業オプションとして、スペースシャトルの約4分の1の大きさの「混合リフティングボディ」宇宙往還機プロメテウスを提案した。[ 7 ] 垂直離陸水平着陸（VTHL）機は、有人対応のアトラスVロケットで打ち上げられ、滑走路に着陸する予定だった。[ 12 ] 当初の設計では乗員4名を乗せる予定だったが、最大6名、または乗員と貨物の組み合わせを乗せることができた。オービタル・サイエンシズに加え、この提案の背後にあるコンソーシアムには、宇宙往還機を製造するノースロップ・グラマンと、打ち上げロケットを提供するユナイテッド・ローンチ・アライアンスが含まれていた。 [ 13 ] NASAのCCDevフェーズ2の賞に選ばれなかったオービタルは、2011年4月に商業乗員輸送機の開発努力を縮小する可能性が高いと発表した。[ 14 ]
揚力体の設計原理は、ハイブリッド飛行船の建造にも応用されている。
米国政府は、 1960年代初頭から1970年代半ばにかけて、アームストロング飛行研究センターで、さまざまな概念実証機および飛行試験機の揚力ボディ設計を開発した。[ 3 ]これらには以下が含まれる。
リフティングボディは、映画『Marooned』やテレビシリーズ『Farscape』のジョン・クリクトンの宇宙船『Farscape-1』など、いくつかのSF作品に登場している。ディスカバリーチャンネルのテレビシリーズでは、アニメ『Alien Planet 』で、リフティングボディを使って遠く離れた地球型惑星に探査機を送るという構想が描かれた。ジェリー・アンダーソンの1969年の作品『Doppelgänger』では、 VTOLリフティングボディ着陸機／上昇機を使って地球型惑星を訪れたが、2回の試みとも墜落した。彼のシリーズ『UFO』では、軌道運用用のM2-F2に視覚的に似たリフティングボディ機が登場した（「The Man Who Came Back」）。バズ・オルドリンのコンピュータゲーム『Race Into Space』では、改造されたX-24Aが、ジェミニやアポロのカプセルの代わりにプレイヤーが選択できる月面着陸可能な宇宙船となっている。
1970年代のテレビ番組「600万ドルの男」では、番組のオープニング映像に、NASAの実際の訓練から抜粋したリフティングボディ機の実写映像が使用された。その映像には、HL-10が母機（改造されたB-52）から分離する場面や、ブルース・ピーターソンが操縦するM2-F2がエドワーズ空軍基地の乾いた湖底の滑走路で墜落し、激しく回転する場面などが含まれていた。墜落の原因は、流れの剥離によって引き起こされた操縦不安定性から生じたダッチロールの発生とされた。
エピソード「デッドリー・リプレイ」（シーズン2第8話、1974年9月22日放送）では、HL-10が物語の小道具として登場する。[ 16 ]
軌道飛行能力に到達するまでの過程で、完全な準軌道飛行能力を備えた機体となる。
のデイブ・トンプソン氏は次のように述べている。「現時点では、この競争において自社のプロジェクトを継続する予定はありません。状況を注視し、機会があれば再検討するかもしれません。しかし、現時点では、商業乗員輸送市場において当社が積極的に活動することはないでしょう。」