RLV技術実証プログラム

RLV技術実証プログラム

RLVプログラムのための技術開発ビークル（TDV）
プログラム概要
国	インド
組織	インド宇宙研究機関
番組の歴史
間隔	2012年～現在[1]
初飛行	2016年5月23日 01:30 UTC [2]
最終便	2024年3月
成功例	2
発射場所	サティシュ・ダワン宇宙センター チトラドゥルガ航空試験場(着陸)
車両情報
打ち上げロケット	GSLVマークII

再使用型ロケット技術実証プログラムは、インド宇宙研究機関（ISRO）が、第2段がスペースプレーンである2段軌道投入型（TSTO）再使用型ロケットの実現に向けた第一歩として考案した一連の技術実証ミッションである。^[3]

この目的のために、有翼の再使用型ロケット技術実証機（RLV-TD）が構成されている。RLV-TDは、動力巡航飛行、極超音速飛行、空気吸入推進による自律着陸など、さまざまな技術を評価するための飛行試験台として機能した。これらの技術を適用することで、打ち上げコストを10分の1に削減できる。^{[4]このプロジェクトは、インドの}防衛研究開発機構によるアバター宇宙機のコンセプトとは関係がない。^[5]

2006年にインド宇宙研究機関（ISRO）は、入口マッハ数6で約7秒間の安定した超音速燃焼を実証するための一連の地上テストを実施しました。^[6]

2010年3月、ISROは新型探査ロケット「Advanced Technology Vehicle (ATV-D01)」の飛行試験を実施した。打ち上げ時の重量は3トン、直径は0.56m (1フィート10インチ)、長さは約10m (33フィート)である。^[7]このロケットは、空気吸入式推進技術の実証試験台として、パッシブスクラムジェットエンジン燃焼器モジュールを搭載していた。 ^[8]

2012年1月、ISROは、再使用型打ち上げロケット技術実証機（RLV-TD）と呼ばれる縮小プロトタイプの製造とテストが承認されたと発表した。^[9] RLV-TDプロトタイプの空力特性評価は、インドの国立航空宇宙研究所によって行われた。RLV-TDは、ハイデラバードに拠点を置く民間企業CIMテクノロジーズによって最終段階の建設中である。RLV-TDの固定着陸装置は、タイムトゥーステクノロジーズによって供給された。実物大のRLVでは、引き込み式着陸装置が使用される予定である。^[10]

2015年5月までに、トゥンバ赤道ロケット発射場のヴィクラム・サラバイ宇宙センター（VSSC）のエンジニアは、大気圏再突入時の高熱からRLV-TDを保護するために、RLV-TDの外面に断熱タイルを設置していた。^[11]この試作機の重量は約1.5トンで、使い捨て固体燃料補助ロケットHS9の上に搭載され、高度65kmまで飛行した。 ^{[12] [13 ]}

2016年8月28日、インド宇宙研究機関（ISRO）は、サティシュ・ダワン宇宙センターから先進技術ロケットATV-D02の2回目の開発飛行を行い、スクラムジェットエンジンのテストに成功した。 ^{[14] [15]}スクラムジェットエンジンは、開発の後の段階でRLVに統合される予定である。^[16]

2024年2月、インド工科大学カンプール校は、航空宇宙工学部の極超音速実験空気力学研究所（HEAL）内に、S2と呼ばれる超高速膨張トンネル試験施設を建設し、評価した。スクラムジェットの飛行や大気圏突入などの極超音速状態は、 S2施設で再現できる。この施設は、RLV技術実証プログラムをサポートすることが期待されている。^[17]

プシュパク（サンスクリット語、ISO：Puṣpaka、直訳すると「小さな花」、同名の：Pushpaka Vimana）^{[18] （} RLV-TDまたは再使用型ロケット技術実証機としても知られる）は、2012年に開始されたISROのRLV技術実証プログラムのために開発されたインド初の無人飛行テストベッドである。これは、最終的な2段軌道投入（TSTO）再使用型ロケットの縮小版プロトタイプである。  

2012年1月、ISROの再使用型ロケットの設計が国家審査委員会によって承認され、ロケットの製造許可が与えられた。このロケットは「再使用型ロケット技術実証機」（RLV-TD）と名付けられた。^{[19] ISROは、}低軌道へのペイロードの配送コストを、現在の2万ドル/kgから4,000ドル/kgへと80%削減することを目指している。^{[20] [21] [22]}

RLV-TDは、極超音速飛行、自動着陸、動力巡航飛行、空気吸入エンジン 推進による極超音速飛行、極超音速実験など、さまざまな側面をテストすることを目的として開発されました。

ISROはRLV-TDの試験飛行を4回計画している^{[19] [23] [24]}。

• HEX（極超音速飛行実験） - 完了
• LEX（着陸実験） - 完了
• REX（帰還飛行実験）、後にOREX（軌道帰還飛行実験）に改名 - 計画中
• SPEX（スクラムジェット推進実験） - 計画中

ヴィクラム・サラバイ宇宙センター、国立航空宇宙研究所、インド科学研究所の750人のエンジニアのチームが、RLV-TDと関連ロケットの設計開発に取り組んだ。RLV-TDは、120時間の風洞実験、5,000時間の数値流体力学、1,100回の飛行シミュレーション試験を経た。RLV-TDの質量は1.75トン、翼幅は3.6メートル、全長は6.5メートル（ロケットを除く）。この車両の着陸装置には600枚の耐熱タイルが使用され、デルタ翼と角度のついた尾翼が特徴である。^{[25] [26]}プロジェクトの総費用は9億5,000万ルピー（ 2023年時点で13億7,000万ルピーまたは1,600万米ドルに相当）であった。^{[27] [28]}今後の開発計画には、飛行中に液化酸素の代わりに大気中の酸素を利用することを目的とした空気呼吸推進システムのテストが含まれています。^[29]空気力学的特性の研究は、国立航空宇宙研究所の1.2m三音速風洞施設で実施されました。^[30]

2006 年 1 月、ISRO はティルヴァナンタプラムのヴィクラム・サラバイ宇宙センターでスクラムジェット(超音速ラムジェット)の設計、開発、テストを完了しました。地上テストでは、入口マッハ数6での安定した超音速燃焼が7 秒間実証されました。

2010年3月3日、インド宇宙研究機関（ISRO）は、スリハリコタのサティシュ・ダワン宇宙センターで新型探査ロケットATV-D01の飛行試験に成功した。ATV-D01は打ち上げ時に3トンの重量があり、当時ISROが開発した探査ロケットの中で最も重いものだった。パッシブスクラムジェットエンジンを搭載していた。ロケットは7秒間飛行し、マッハ数6 + 0.5、動圧80 + 35 kPaを達成した。^{[31] [32]}

2016年8月28日、ISROは5分間の飛行でスクラムジェットエンジンをテストした。高度20キロメートルで、先端技術機に取り付けられたスクラムジェットエンジンが点火された。5秒間燃料を燃焼させたが、これはエアブリージング推進プロジェクトによるデュアルモードラムジェット（DMR）開発の重要なマイルストーンとなった。^[33]スクラムジェットエンジンの離陸時の重量は3,277kgだった。実証に成功した重要な技術には、燃料噴射システム、吸気機構、超音速でのエアブリージングエンジンの点火、超音速での炎の保持などがある。飛行操作のあらゆる側面は、事前にプログラムされたシーケンスに従った。極超音速エンジンの吸気口、超音速燃焼器の設計と開発、極度の高温に耐えられる材料、極超音速の流れをシミュレートするための計算ツール、適切な熱管理、エンジンの地上テストは、ISROが克服した技術的課題のほんの一部に過ぎない。^{[34] [35]}

2024年7月23日、ISROは空気呼吸推進技術の2回目の実験飛行実証を事実上完了した。実験に使用されたロヒニRH-560探査ロケットの両側に、空気呼吸推進システムが対称的に配置された。空気呼吸推進システムは正常に点火され、テストは満足のいく結果となった。飛行中は110のパラメータが徹底的に監視され、推進システムの性能が評価された。^[36]

再使用型ロケット極超音速飛行実験（RLV HEX）は、RLV技術実証プログラムにおける最初の試験飛行であった。HEXは2016年5月23日に成功裏に実施された。^{[2] [37] [38]} RLV-TDは、胴体、ノーズキャップ、ダブルデルタ翼、ツイン垂直ラダーで構成される。エレボンとラダーと呼ばれるアクティブ制御面を備えている。^[38]ツインラダーを除けば、形状と操作は小型のスペースシャトルオービターに似ている。TDVは約600枚の耐熱シリカタイルとフレキシブル外部断熱材を使用し、ノーズキャップはSiCコーティングを施したカーボンカーボン複合材で作られている。ツインラダーの前縁はインコネル718、翼前縁は15CDV6である。^{[39] [40] [41] [42] [43] [44]}

HEXはインドが開発した再使用型ロケットの最初の試験飛行であった。試験飛行の目的には以下が含まれていた。^[45]

• 極超音速飛行中の空力設計特性の検証
• 大気圏を通過する極超音速降下中に誘発される荷重の特性評価
• 車両のノーズ構造に使用されるカーボンファイバーの性能を評価する
• 第一段階の分離シーケンスのデモンストレーション

機体は飛行中、スリハリコタの地上局と船上ターミナルから追跡された。打ち上げから着水までの総飛行時間は約773.6秒であった。^[46]機体は回収される予定はなかった。^{[47] [48] ISROは「近い将来」}スリハリコタ島 に4kmを超える滑走路を建設する予定である。自律航行、誘導・制御、再利用可能な熱保護システム、降下ミッション管理などの重要な技術がこの飛行で検証された。^[49]

再使用型ロケット着陸実験（RLV-LEX）は、極超音速飛行実験に続くRLV技術実証プログラムにおける2回目の試験飛行であった。この実証試験は、2段軌道投入（TSTO）完全再使用型ロケットへの道を開くものである。さらに、RLV-LEXに類似したさらなる試験が実施され、風、さまざまな故障条件、その他の要因などの他の条件を試験し、ロケットの試験を完了させる。^[50]このような試験は2023年4月から2024年6月の間に3回実施された。ドローグシュートを使用して速度を時速100キロまで落とし、ノーズホイールブレーキを使用してロケットを停止させた。^[51]

RLV-LEXは2023年4月2日にチトラドゥルガ航空試験場で成功裏に実施された。^[52]飛行は午前7時10分に離陸し、4.6kmの高度で空中放出された。機体は午前7時40分頃に着陸した。

試験飛行の目的には以下が含まれていた：^[53]

• 宇宙再突入機の着陸の正確な条件をシミュレート - 同じ帰還経路からの高速、無人、自律、正確な着陸
• 地上相対速度、着陸装置の沈下率、軌道再突入宇宙船が帰還経路で経験する可能性のある正確な機体速度などの着陸パラメータを検証する

ミッションの成功後、ISROのS.ソマナス会長はメディアに対し、さまざまな条件下でのソフトウェアとハ​​ードウェアの準備状況を確認するために、現在、同様の着陸テストをさらに実施する予定であると述べた。報告されたテストには、約4.5キロメートルの高度から横方向の差で車両を落下させ、その後、車両が自動的に着陸するように誘導する必要があることが含まれる。^[54]このテストは遡及的にRLV-LEX-01と呼ばれることになる 。

2024年3月22日にはチトラドゥルガ航空試験場で別の着陸実験が行われた。 ^[55]実験のより困難な操縦と分散のため、車両は滑走路に自律的に着陸する前にクロスレンジとダウンレンジの両方の偏差を修正する必要があった。 ^[56]車両は、必要なクロスレンジの変更を行った後、滑走路上で正確に停止するために、ノーズホイールステアリングシステム、ランディングギアブレーキ、およびドラッグパラシュートを使用した。RLV-LEX-02は、RLV-LEX-01と同じ飛行実証機を使用した。液体推進システムセンター（LPSC）、ISRO慣性システムユニット（IISU）、ヴィクラムサラバイ宇宙センター、およびインド空軍は、航空開発機関（ADE）、空中配達研究開発機関（ADRDE）、およびその他の機関と協力してミッションを完了した。^{[57] [58]}

ISROは、3回目で最後のRLV着陸実験であるRLV-LEX-03の準備を完了した。2024年6月7日のミッション準備レビュー会議で、ヴィクラム・サラバイ宇宙センター所長のS・ウニクリシュナン・ナイル氏は、気象条件次第ではあるが、 6月前半にチトラドゥルガ航空試験場で行われるミッションを認定した。高度は同じだが滑走路からの横方向の距離が150メートルだったLEX-02とは対照的に、プシュパクはLEX-03でIAFチヌークヘリコプターによって高度4.5キロメートル、滑走路の片側500メートルまで飛行してから放出される。LEX-03ミッションの目標は、衝撃重量を軽減するために、沈下率、つまり降下率を下げる方法を調査することである。プシュパクにはリアルタイム・キネマティクス（RTK）パッケージが搭載される。このテストでは、追い風のシナリオでプシュパックがどの程度の性能を発揮するかも判定されます。^[59]

悪天候のため、試験日は6月の第2週の終わりに変更された。^[60]試験は6月23日にチトラドゥルガ航空試験場で成功裏に実施された。プシュパクは高度4.5kmでインド空軍のチヌークヘリコプターから放出された。^[61]

プシュパックはLEX-03ミッション中に自動的にクロスレンジ修正操作を実行し、滑走路に接近し、滑走路の中心線に正確に水平着陸した。着陸後、車両のブレーキングパラシュートを使用して時速約100キロまで減速し、その後、着陸装置のブレーキを使用して車両を滑走路上で停止させ、減速した。プシュパックは、この地上走行フェーズ中に、ノーズホイールとラダーステア​​リングシステムを使用して、滑走路に沿って安定した正確な地上走行を自動的に維持した。^[62]

このミッションでは、宇宙から帰還する機体の高速着陸条件と、進入・着陸インターフェースを再現した。次の軌道帰還飛行実験に必要な、横方向と縦方向の平面誤差補正に対応する高度な誘導システムの検証。テスト機には、擬似衛星システム、慣性センサー、レーダー高度計、フラッシュエアデータシステム、NavIC受信機などのマルチセンサー融合デバイスが搭載されていた。RLV-LEX-03は、LEX-02の翼付きボディと飛行システムを一切変更せずに再利用することで、複数のミッションに対する飛行システムの堅牢性と適応性を実証した。^[62]

ISROは、さらに2つの実験を計画している。OREX （軌道帰還飛行実験）とSPEX（スクラムジェット推進実験）である。^{[11] [63] [64]} OREXは、GSLVロケットで打ち上げられ、 CUS上段の代わりにPS-4段（通常のGSLV打ち上げとは異なり性能が低下するため）と、オジーブペイロードフェアリングの代わりに軌道再突入体（ORV）を搭載し、地球の大気圏に再突入して着陸し、プロジェクトの実現可能性を実証する。OREXの機体は、着陸実験のプシュパックプラットフォームの1.6倍の大きさになる。地球の大気圏への安全な再突入のために、引き込み式の着陸装置と熱保護システムを備える。^[59]

• アバター、インドのDRDOによる無関係のスペースプレーンコンセプト
• ESAが計画しているロボット宇宙飛行機「スペースライダー」

• ISRO の RLV-TD のホームページ 2016-05-23 にWayback Machineでアーカイブされました
• RLV-TD のテスト飛行アニメーション（YouTube）