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DC -X （ Delta ClipperまたはDelta Clipper Experimentalの略）は、1991年から1993年にかけてマクドネル・ダグラス社が米国国防総省の戦略防衛構想機構（SDIO）と共同で開発した、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年にかけては、米国の民間宇宙機関であるNASAの資金提供により試験が継続された。 [ 1 ] 1996年、DC-Xの技術は完全にNASAに移管され、NASAは性能向上のために設計を改良し、DC-XAを開発した。1996年のDC-XAの試験飛行で火災が発生したため、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・グリフィンはその後、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 ]
ブルーオリジンのニューシェパードとスペースXのファルコン9再利用型ロケットはDC-Xに触発されて開発され、多くのエンジニアが関わっている。イーロン・マスクは、自身のプログラムは「DC-Xプロジェクトの素晴らしい仕事を継続しているだけだ」と述べている。[ 3 ] [ 4 ]
作家のジェリー・パーネルによれば、「DC-Xは私の居間で構想され、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評議会の議長ダン・クエールに売り込まれた」とのことである。しかし、マックス・ハンターによれば、彼は退職する数年前からロッキード・マーティンにこのコンセプトの価値を説得しようと懸命に努力していたという。[ 5 ]ハンターは1985年に「機会」と題する論文を執筆し、低コストの「既製品」の商用部品と当時利用可能な技術で構築された単段式軌道投入宇宙船のコンセプトを詳述したが、[ 6 ]ロッキード・マーティンはそのようなプログラムに資金を提供するほど興味を示さなかった。[ 7 ]
1989年2月15日、プールネル、グラハム、ハンターはダン・クエール副大統領との面会を取り付けることに成功した。[ 8 ]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ことを指摘し、SDIOにそのアイデアをうまく「売り込んだ」。[ 9 ]
設計の不確実性を考慮して、基本的な計画は、意図的にシンプルな試験機を製造し、「少し飛ばして、少し壊す」ことで、完全に再利用可能なクイックターンアラウンド宇宙船の経験を積むことでした。機体での経験が積まれるにつれて、まず準軌道試験、次に軌道試験のために、より大型のプロトタイプが製造される予定でした。最終的に、これらのプロトタイプから商業的に受け入れられる機体が開発される予定でした。一般的な航空機の用語に従って、小型のプロトタイプは、米空軍の「実験機」の指定である「DC-X」と呼ぶことが提案されました。これに続いて、「DC-Y」が開発され、Yは米空軍の量産前試験機およびプロトタイプの指定です（例：YF-16）。最終的に、量産バージョンは「DC-1」として知られることになります。 「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」旅客機との関連性を示すために、「DC」という頭文字になるように選ばれました。
この機体は、単段式軌道投入VTOLリフターを宇宙旅行の未来と見なしたマクドネル・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。 [ 10 ]デルタ・クリッパーは、1967年のボノのSASSTO機と非常によく似ていた。ボノはDC-Xの初飛行の3か月足らず前に亡くなった。[ 11 ]
SDIOは、「最大3,000ポンド（1,361kg）のペイロードを高度150万フィート（457km）まで打ち上げ、発射地点に正確に軟着陸し、3～7日以内に次のミッションのために打ち上げ可能な準軌道回収型ロケット（SRR）」を求めていた。[ 12 ]： 4
DC-Xの仕様：[ 13 ]
3分の1スケールのプロトタイプとして建造されたDC-X [ 14 ]は、軌道高度や速度を達成するように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作られた。垂直離着陸の概念は、1950年代のSF映画（ロケットシップXM、月世界征服など）で人気があったが、実際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し、機首を上にして垂直に着陸する。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、機体を機首から大気圏突入させ、その後回転して機体下部の着陸脚に着地させる。着陸した場所で燃料補給を行い、まったく同じ位置から再び離陸できるという特徴により、前例のないターンアラウンドタイムが実現した。
理論的には、機体底部を先に大気圏に突入させる再突入プロファイルの方が設計しやすいだろう。機体底部はエンジン排気に耐えるためにある程度の耐熱性が必要となるため、さらに耐熱性を高めるのは容易である。さらに重要なのは、機体底部は機首部よりもはるかに大きいため、熱負荷がより広い面積に分散され、最高温度が低くなるということだ。最後に、このプロファイルであれば、着陸時に機体を「反転」させる必要がない。
しかし、軍事的な役割を考えると、これは実現不可能でした。宇宙船に求められる安全要件の一つは、「一周後に中止する」能力、つまり一周後に着陸できる能力です。一般的な低地球軌道は約 90 ～ 120 分かかるため、その間に地球は東に約 20 ～ 30 度回転します。これは、米国南部からの打ち上げの場合、約1,500 マイル (2,400 km) です。宇宙船が東に打ち上げられる場合は問題ありませんが、軍事用宇宙船に求められる極軌道では、軌道が完了すると、宇宙船は打ち上げ地点のはるか西の地点を通過します。打ち上げ地点に着陸するためには、宇宙船はかなりの横方向の操縦性を備えている必要がありますが、これは大きな滑らかな表面では実現が困難です。そのため、デルタ クリッパーの設計では、機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方式を採用し、必要な横方向の操縦性を実現しました。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、このプロジェクトの主要な焦点の一つであった。
DC-Xプロジェクトのもう一つの重点は、メンテナンスと地上支援の最小化でした。そのため、機体は高度に自動化され、管制センターに必要な人員はわずか3名（飛行運用担当2名、地上支援担当1名）でした。
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施設で開始された。[ 15 ]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建造されたが、エンジンや飛行制御システムを含む宇宙船の大部分は市販の既製品部品で製造された。
DC-Xは1993年8月18日に59秒間初飛行しました。[ 8 ]これはロケットが地球に垂直着陸した最初の事例だと主張されました。[ 16 ] 9月11日と9月30日にさらに2回の飛行が行われましたが、SDIOプログラムの縮小に伴う副作用として資金が枯渇しました。さらに、このプログラムは批判者から非現実的だと見なされていました。[ 17 ]アポロ宇宙飛行士のピート・コンラッドが一部の飛行で地上管制を担当しました。[ 18 ]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射場で実施されました。[ 19 ]
しかし、NASAと高等研究計画局（ARPA）から追加の資金が提供された。[ 1 ]試験プログラムは1994年6月20日に136秒の飛行で再開された。次の飛行である1994年6月27日には、飛行中に小さな爆発が発生したが、機体は無事に中止して自動着陸した。この損傷が修復された後、試験は再開され、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、着陸時の衝撃でエアロシェルに亀裂が入った。この時点で、プログラムへの資金はすでに削減されており、必要な修理のための資金はなかった。[ 20 ] DC-Xの高度記録は2,500mで、1995年7月7日にDC-XAにアップグレードされる前の最後の飛行で記録された。[ 20 ]
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実証機の当初のコンセプトとは対照的に、NASAは新しい技術をテストするために一連の大規模なアップグレードを適用した。特に、酸素タンクはロシア製の軽量（合金1460相当の合金2219）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。[ 21 ] 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機体は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と改名され、1996年に飛行を再開した。[ 8 ]
DC-XA試験機の初飛行は1996年5月18日に行われ、意図的な「低速着陸」によりエアロシェルが過熱し、小規模な火災が発生した。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時間で再飛行を行った。[ 8 ]これらの飛行のうち2回目で、機体は高度3,140メートル（10,300フィート）、飛行時間142秒という高度と飛行時間の記録を樹立した。また、6月8日の飛行では、機体はロケットとして初めて計画された回転マニューバを実行し、機首を前にした前進飛行から制御された後退飛行に移行した。この回転マニューバの頂点で、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水平線より10度下にして、ベースを前にして後退飛行した。その後、機首を上にした姿勢に制御された回転を行い、動力による軟着陸を行った。この操縦により、単段式軌道投入機が、前進姿勢での空力ブレーキを利用して効率的に軌道から帰還し、その後回転して宇宙港にベースファースト方式で動力着陸できることが実証された。
1996年7月31日に行われた次の飛行は、結果的に最後の飛行となった。このミッションの打ち上げと飛行部分は完璧だったが、完璧な着陸のために減速した後、4本の着陸脚のうち3本しか展開しなかった。機体は3本の脚でバランスを取ることができず、着陸パッド上でゆっくりと横倒しになった。機体の側面がコンクリートパッドに衝突した際、メインの液体酸素タンクが割れて液体酸素がパッド上に漏れ出した。この液体酸素がベースヒートシールド上の少量の発光物質に接触し、火災が発生した。飛行後の着陸脚の検査で、故障した脚への窒素作動用空気圧ラインが切断されていたことが判明した。このラインは通常、飛行前のテストで各脚が地上カートによって伸縮される際に、脚から切断されていた。通常、このような落下による構造的損傷は単なる後退に過ぎないが、漏洩したタンクからのLOXが火災を引き起こし、DC-XAをひどく焼損させ、[ 22 ]修理が不可能なほど広範囲に損傷を与えた。[ 20 ]
事故後の報告書で、NASAのブランド委員会は、資金提供が不安定で、計画の全面中止の脅威に常にさらされていた現場クルーの疲弊が事故の原因だと結論付けた。クルーの多くは元々SDIOプログラム出身者で、NASAがプログラムに及ぼした「萎縮効果」や、試験手順の一環としてNASAが要求した膨大な量の書類作成についても強く批判していた。
NASAはSDIOの指揮下でのその非常に公的な成功によって「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。その継続的な成功は、NASAの「自前の」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するため、NASA内部でかなりの政治的内紛を引き起こした。ピート・コンラッドは新しいDC-Xを5000万ドルと見積もったが、NASAの基準からすると安価であったが、NASAは予算の制約を考慮して機体を再建しないことを決定した。[ 20 ]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に対するいくつかの批判、特に多くのNASAの技術者がDC-Xの垂直着陸よりも好んだベンチャースターの飛行機のような着陸に対応できると考えたからである。わずか数年後、ベンチャースター・プロジェクト、特に複合材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。[ 23 ]
オリジナルのDC-Xは21ヶ月で6000万ドルの費用で製造されました。[ 24 ]これは現在の価値で1億2700万ドルに相当します。 [ 25 ]
DC-Xの開発に携わった数名のエンジニアがブルーオリジンに採用され、同社のニューシェパード機はDC-Xの設計に触発されたものである。[ 4 ] DC-Xは、アルマジロ・エアロスペース[8]、マステン・スペース・システムズ[ 8 ] 、 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。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を継続している」と述べた。 [ 3 ]
NASAのエンジニアの中には、DC-Xが有人火星着陸機の解決策になり得ると指摘する者もいる。[ 26 ]たとえ最低限の4〜6人の乗員しか乗せられなくても、地球の重力圏でSSTOとして運用されるDC型機が開発されていれば、その派生型は火星と月のミッションの両方で非常に有能であることが証明されるかもしれない。そのような派生型の基本的な運用は「逆転」する必要がある。つまり、離陸してから着陸するのではなく、先に着陸してから離陸する。しかし、これが地球上で実現できれば、火星と月の重力が弱いため、特に後者の目的地では、ペイロード能力が劇的に向上するだろう。
設計変更案の中には、DC-Xが使用してい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などが含まれている。
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