ロッキード スタークリッパー

ロッキードスター クリッパーは、大型の揚力体宇宙船とラップアラウンド型ドロップタンクをベースにした地球 から軌道へのスペースプレーンとして提案されたものです。1966 年にアメリカ空軍のプログラム中に最初に提案されたスター クリッパーの基本的なコンセプトは、 NASA のスペース シャトル プログラムの初期に引き継がれ、そのプロジェクトが進化するにつれて、 LS-200などのさまざまな新しいバージョンが生まれました。

スタークリッパーの設計は宇宙輸送システム(STS) プログラムではそれほど進展しなかったものの、スペースシャトルの設計に多大な影響を与えました。ドロップタンク設計のコスト上の利点を詳細に研究した結果、開発リスクが大幅に削減され、その結果、開発コストも削減されました。STS 開発の資金が削減されたとき、開発予算を満たす方法としてドロップタンクが採用され、半再利用可能なスペースシャトルの設計につながりました。

マクスウェル・ハンターはダグラス・エアクラフト社で働いており、航空機の運航経済性の計算を公式化した。彼の方法論は1940年に初めて発表され、後にダグラスDC-6とDC-7に適用された。この方法論は後に航空運送協会によって標準として採用された。^[1]

彼は後にトールミサイル計画に主任設計技師として参加し、これが彼を宇宙ロケットの世界に導いた。トールは新しい上段ロケットを搭載してデルタロケットとなり、1960年代に最も多く使用されたロケットの1つとなった。トールの成功にもかかわらず、ハンターはロケット市場の状態に不満を抱いており、後に「1963年末までに回収可能なロケットの状態はひどいものだった」と書いている。^[1]彼はロケットが廃棄される限り、宇宙へのアクセスは決して手頃な価格では実現できないと確信していた。

すでにいくつかの企業が、マーティン・マリエッタ・アストロロケットやダグラス・アストロロケットのような完全に再利用可能な宇宙船の初期の実現可能性調査を完了していた。設計では2段のフライバック段が使用され、1段目は発射地点まで飛行し、もう1段目は軌道に​​飛行して任務終了後に着陸する。ハンターは、そのような設計は1機の仕事を2機の航空機でこなすのと同じであり、実際に役立つのは上段だけだと考えた。1964年3月までに、彼は新しいコンセプトである1.5段構成を開発した。^[1]

2 段式ロケットでは、1 つ目のロケットが点火して 2 つ目のロケットを空中高くまで持ち上げ、その後落下します。次に 2 つ目のロケットが点火して軌道に乗ります。この設計の利点は、ロケットが上昇するにつれて重量が減り、軌道まで運ぶ必要のある質量が減ることです。この方法の欠点は、2 つの完全なロケットが必要で、どちらも高価で、操作に時間がかかることです。

ハンターの 1.5 段構成では、ロケットは 1 基しかありませんでした。しかし、当時のロケットには、有用なペイロードを積んで自力で軌道に到達できる性能を持つものはなく、何らかの段積みが必要でした。ハンターの解決策は、上昇中に排出される燃料タンクだけを「段積み」に搭載することでした。これにより、段積みの利点が車両にもたらされましたが、タンクのみが廃棄され、高価な部品はすべて再利用のために返却されました。着陸後、車両は再装備され、別のタンクと結合され、次のミッションに備えられました。

ハンターは1965年秋にロッキード社に異動した。初日にロッキード社が検討すべきものがあるかと尋ねられ、彼はすぐに1.5段設計の開発を提案した。彼の提案はロッキード・ミサイルズ・アンド・スペース社の社長ユージン・ルートの耳に留まり、スター・クリッパーとして知られるようになるものを研究する許可が与えられた。^[1]

1966 年にアポロ計画が終焉を迎え始めると、NASA は 1970 年代以降の将来について検討し始めた。短期的には、余剰のサターン ハードウェアのさまざまな用途がアポロ アプリケーション プログラムオフィスにまとめられ、1970 年代半ばまでのミッションが完成された。その後、NASA は積極的なプログラムを展開し、恒久的な有人宇宙ステーション、小さな月面基地、そして最終的には火星への有人ミッションも含まれるようになった。ほとんど後付けのように、宇宙ステーションの運用コストを下げるために「ロジスティクス ビークル」というアイデアが生まれた。このビークルは宇宙ステーションの乗組員を週単位で交代させることに専念しており、ウォルター ドーンバーガーの言葉を借りれば「地球を周回する宇宙ステーションの乗組員全員の食卓に毎朝新鮮な卵を載せることができる経済的な宇宙飛行機」であった。^[2]

1967 年、ジョージ ミューラーは、ロジスティクス ビークルのコンセプトについて話し合う 1 日の会議を開催しました。その 1 年前に、空軍と NASA は、「統合型打ち上げ再突入機」プロジェクト (ILRV) で既存の技術の研究に協力していました。ILRV は、さまざまな業界の提案を 3 つのグループに分けました。「クラス I」は使い捨てのブースターの上に再利用可能なスペースプレーンを配置したもの、「クラス II」は完全に再利用可能なロケット ベースの設計、「クラス III」は高度な空気吸入エンジンを使用したものでした。ミューラーは ILRV の成果を再び取り上げ、同じ業界パートナーをプレゼンテーションに招待し、クラス II の設計のみに集中することを決定しました。

ロッキードはスタークリッパーを提案し、マクドネルは別の1.5段式の設計であるティップタンクを紹介した。ジェネラルダイナミクスは、ハンターが1つのミッションに2機の航空機を製造することに対する懸念を、複数の同一の宇宙船をグループ化し、そのうち1機だけが軌道に乗るという同社のトライアミーズで解決した。クライスラーは最も奇妙な提案であるSERVを提案したが、これはあまりにも異質であったため、真剣に検討されることはなかった。しかし、応募作品の大半は2段式のスペースプレーンだった。プログラムが前進していることが明らかになると、NASA自身のチームも競争に加わり、独自の設計を加えていった。

NASA は、1971 年まで「古典的な」フライバック設計を支持していましたが、この年に行政管理予算局によって最大開発予算が約 100 億ドルから 50 億ドルへと半分に削減されました。これは完全に再利用可能な設計を開発するには不十分であり、コンセプト全体が設計図に戻されました。このとき、スター クリッパーに関するハンターの主張が永続的な影響を与えました。開発中の宇宙船が 1 機だけだったため、1 段半の設計の開発コストは大幅に低く抑えられました。皮肉なことに、最終的に建造されたのはロッキード社の宇宙船ではなく、ノース アメリカン アビエーション社のバージョンのコンセプトでした。

スター・クリッパーは、LSC-8MXとして知られる大型揚力体再突入体に基づいており、これは空軍の飛行力学研究所で開発されたFDL-5LDとFDL-8Hの設計に基づいていた。極超音速での再突入中、機体の揚力対抗力比は1.8対1であり、十分な操縦能力があった。しかし、下層大気圏では、ゴーアラウンドの際に安全に着陸するにはこの比では低すぎたため、スター・クリッパーは亜音速では宇宙船の側面から回転して出てくる小さな翼を備え、揚力対抗力を8.1:1に改善した。着陸を補助するため、胴体上部から2基のジェットエンジンが伸びており、着陸を中止することができた。全長は186フィート（57メートル）、上向きの翼端の幅は106フィート（32メートル）であった。

クリッパーは、推力150万ポンド力（6,700 kN）のM-1エンジン3基で動いていた。公開された設計図では、エンジンに拡張ノズルが装備されており、上昇時に局所的な大気圧にエンジンをより適合させることでロケットエンジンの性能を向上させる方法であった。しかし、後にロッキードは実際には量産設計にリニアエアロスパイクエンジンの使用を提案していたことが明らかになった。 ^[3] LOXと一部のLH2燃料は胴体内のタンクで運ばれたが、ほとんどのLH2は大きな外部タンクで運ばれた。タンクは逆V字型で、揚力体の急峻な前縁の形状と一致していた。LH2は最初にこのタンクから引き出され、空になると上昇中に切り離されて放出される。タンクは、宇宙船の周りの気流によって引き上げられ、宇宙船の上空に届くように取り付けられ、形作られていた。

宇宙輸送システム (STS) の提案が初期のフェーズ A 設計からフェーズ B の詳細開発へと進むにつれ、NASA は貨物要件を元のスター クリッパーの能力よりも小さく設定しました。同じ設計の新しいバージョンである LS-200 が登場しました。LS-200 は以前のバージョンと非常によく似ていましたが、全体的に小さくなり、タンクの直径が道路輸送で許可される最大値の 285 インチから 156 インチ (7,200 mm から 4,000 mm) に縮小され、積載量は 50,000 ポンドから 25,000 ポンド (23,000 kg から 11,000 kg) に縮小されました。 M-1エンジンはスペースシャトルのメインエンジンに置き換えられ、総推力は5,000,000ポンドから915,085ポンド（22,241.11 kNから4,070.50 kN）に減少し、総離陸重量は3,500,000ポンドから662,286ポンド（1,587,573 kgから300,408 kg）に減少しました。

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