マーキュリー・レッドストーンロケット

マーキュリー・レッドストーンロケット

1961年1月31日、チンパンジーのハムを乗せたマーキュリー・レッドストーン2号の打ち上げ。
関数	有人 弾道弾打ち上げ ロケット
メーカー	クライスラーコーポレーション
原産国	アメリカ合衆国
サイズ
身長	25.41メートル（83.38フィート）
直径	1.78メートル（5.83フィート）
質量	30,000 kg (66,000 ポンド)
ステージ	1
容量
ペイロードから準軌道軌道へ
質量	1,800 kg (4,000 ポンド)
発売履歴
状態	引退
発射場	フロリダ州ケープカナベラル、発射施設 5
総打ち上げ数	6
成功	5
失敗	1
初飛行	1960年11月21日
最終便	1961年7月21日
乗客/貨物の種類	マーキュリー宇宙船
シングルステージ
搭載	ロケットダイン A-7 1機
最大推力	350 kN (78,000 lbf)
比推力	215秒（2.11km/秒）
燃焼時間	143.5秒
推進剤	LOX /エチルアルコール
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NASAのマーキュリー計画のために設計されたマーキュリー・レッドストーンロケットは、アメリカ初の有人宇宙ロケットでした。1960 年から 1961 年にかけて 6 回のマーキュリー弾道飛行に使用され、最初のアメリカ人宇宙飛行と、その 11 週間後の 2 人目のアメリカ人宇宙飛行 (および 2 人目と 3 人目の人間宇宙飛行) で最高潮に達しました。その後の 4 回のマーキュリー有人宇宙飛行では、より強力なアトラスロケットを使用して低地球軌道に入りました。

レッドストーンロケットファミリーの一員であり、アメリカ陸軍のレッドストーン 弾道ミサイルと、関連するジュピターCロケットの第一段から派生したものですが、有人飛行に対応するために、安全性と信頼性を向上させるために構造とシステムが改造されました。

NASAは、アメリカ陸軍のレッドストーン液体燃料弾道ミサイルを弾道飛行に選んだ。これは、1953年から運用されており、^[1]多くの試験飛行に成功している、アメリカ艦隊で最も古いミサイルだったからである。^[2]

標準的な軍用レッドストーンでは、マーキュリーカプセルをプロジェクトに必要な弾道弾道軌道に乗せるだけの推力がなかった。^[2]しかし、タンクを延長した改造レッドストーンであるジュピターCの第1段は、目的の軌道に到達するのに十分な推進剤を運ぶことができた。そのため、このジュピターCの第1段がマーキュリー・レッドストーン設計の出発点として使用された。^[3]しかし、ジュピターCのエンジンは陸軍によって段階的に廃止されていたため、部品不足や設計変更などの潜在的な複雑さを避けるために、マーキュリー・レッドストーンの設計者は、最新の軍用レッドストーンで使用されているロケットダインA-7エンジンを選択した。 ^[4]陸軍弾道ミサイル局（ABMA）の推進技術者であるハンス・ポールおよびウィリアム・デビッドソンは、有人飛行でも安全で信頼できるA-7への改造の任務を与えられた。

1959 年、ABMA のほとんどのメンバーはサターン プロジェクトに忙殺されていましたが、スケジュールに十分な空き時間を見つけられたエンジニアは、ジュピター C の有人化に取り組むよう招かれました。出発点として、最も明白なステップは、マーキュリー レッドストーンでは上段を使用しないため、そのステージング機能を取り除くことでした。より高度なジュピター C コンポーネントの多くも、信頼性上の理由やマーキュリー プロジェクトに必要でなかったために取り除かれました。

標準のレッドストーンは、25%の水と75%のエチルアルコールを燃料とし、酸化剤として液体酸素 (LOX) を使用した^{[5]。これはドイツの}V-2ミサイルと基本的に同じ推進剤だが、ジュピターCの第一段は、60%の非対称ジメチルヒドラジン(UDMH) と40%のジエチレントリアミン(DETA)を混合したハイダイン燃料を使用していた。 ^[6]これはエチルアルコールよりも強力な燃料であったが、毒性も強く^[7] 、発射台の緊急事態では宇宙飛行士にとって危険となる可能性があった。^[8] さらに、ハイダインは新型A-7エンジンでは一度も使用されていなかった。^[9] マーキュリー・レッドストーンの設計者はハイダインを却下し、標準のエチルアルコール燃料に戻した。そのため、より強力な燃料を使用する代わりに、推進剤タンクを長くする必要があった。^[10]

アルコールの使用により、マーキュリー・レッドストーンでは燃焼時間が大幅に長くなったためにグラファイト製の推力ベクトルベーンが侵食されるという問題が発生したため、NASA は打ち上げロケットに高品質のベーンが必要であるという要件を出しました。

マーキュリー・レッドストーンはレッドストーンミサイルよりも大きな推進剤タンクを持っていたため、タンクの加圧用に窒素ボトルが追加され、燃焼時間が長くなったためターボポンプに動力を供給するための過酸化水素タンクも追加されました。

マーキュリー・レッドストーンを宇宙飛行士に適した​​乗り物にするための最も重要な変更点は、飛行中の自動打ち上げ中止検知システムの追加でした。^[11] ロケットが壊滅的な故障に見舞われる緊急事態では、中止によりマーキュリーカプセルに取り付けられた打ち上げ脱出システムが起動し、カプセルはブースターから急速に放出されます。宇宙飛行士または地上管制官は、手動で打ち上げ中止を開始できますが、^[12]飛行中に何らかの潜在的な故障が発生すると、手動で打ち上げ中止を開始できる前に大惨事につながる可能性があります。^[13]

マーキュリー・レッドストーンの自動飛行中止検知システムは、飛行中のロケットの性能を監視することでこの問題を解決した。飛行制御、エンジン推力、電力の喪失など、宇宙飛行士を脅かす可能性のある異常を検知すると、自動的に中止し、エンジンを停止してカプセルの脱出システムを起動する。^[14]中止システムは、故障した打ち上げロケットが発射台またはその近くに落下するのを防ぐため、打ち上げ後少なくとも30秒はエンジンを停止できなかった。最初の30秒間は、射場安全責任者のみが飛行を中止できた。^[15] 1953年以来の60回を超えるレッドストーンおよびジュピターCの打ち上げの飛行データのレビューを使用して、このロケットファミリーの最も可能性の高い故障モードが分析された。簡素化のため、中止検知システムは可能な限り単純にし、ブースターの動作に不可欠なパラメータのみを監視する必要があった。自動中止は、以下のいずれかの条件によって発生する可能性があります。これらの条件はすべて、打ち上げロケットの重大な故障を示している可能性があります。

• ピッチ、ヨー、ロール角がプログラムされた飛行プロファイルから大きく外れること、^[16]
• ピッチ角またはヨー角が急激に変化すること、^[17]
• エンジンの燃焼室内の圧力が臨界レベル以下に低下し、^[18]
• 飛行制御システムの電力損失^[19]または
• 一般的な電力（アボート感知システム自体の電源を含む）の喪失は、壊滅的な故障を示す可能性がある。^[20]

即時の打ち上げ中止能力は重要でした。なぜなら、打ち上げ時の推力喪失 (1954 年 5 月の 3 回目のレッドストーン試験飛行など) などの特定の故障モードは、即座に壊滅的な状況を引き起こす可能性があるからです。適切な飛行経路からの逸脱や上昇中のエンジン室圧力の低下などのその他の故障モードは、必ずしも宇宙飛行士の安全に即時の危険をもたらすわけではなく、カプセル内のレバーを引いて打ち上げ脱出システムを作動させて手動で打ち上げ中止を開始するか、地上管制が発射脱出システムを作動させるコマンドを送信することができました。

射場の安全システムは若干変更され、脱出塔がカプセルを引き離すのに十分な時間を与えるために、エンジンの停止とミサイルの破壊の間に3秒の遅延が生じるようになった。^[21]

ジュピターCの第1段とマーキュリー・レッドストーンの最も目に見える違いは、マーキュリーカプセルの真下、燃料タンクの上にある部分である。この部分は、軍用レッドストーンから受け継がれた用語である後部セクションと呼ばれていた。（ロケットの実際の後端は、尾部セクションと呼ばれていた。）後部セクションには、誘導システムやマーキュリーカプセル用のアダプタなど、マーキュリー・レッドストーンの電子機器と計器のほとんどが収容されていた。^[22] 軍用レッドストーンとジュピターCの第1段では、ロケットが燃え尽きると、ロケットエンジンと燃料タンクを含む下部は後部セクションから分離して廃棄され、後部セクションは誘導システムとともに、無動力の弾道飛行中にロケットの上部を誘導した。しかし、マーキュリー・レッドストーンでは、後部セクションはロケットの下部に恒久的に取り付けられていた。^[23] ロケットが停止すると、マーキュリーカプセルは後部セクションから分離し、独自の誘導に頼ることになります。

マーキュリー・レッドストーンの信頼性を向上させるために、他の変更も行われた。レッドストーンの標準のST-80慣性誘導システムは、マーキュリー・レッドストーンではよりシンプルなLEV-3自動操縦装置に置き換えられた。ドイツのV-2にまで遡る設計のLEV-3は、ST-80ほど洗練されておらず、精度も劣っていたが、マーキュリー計画には十分な精度があり、そのシンプルさが信頼性を高めた。^{[24]誘導システム、中止および破壊システム、}テレメトリ 機器、電源など、最も重要な計器と電子機器を収容するために、特別な計器室が「後部セクション」に建設された。これらの機器の故障の可能性を減らすために、この区画は発射前に冷却され、飛行中は加圧状態に保たれた。^[25]

信頼性向上のため、マーキュリー レッドストーンから燃料プレバルブが削除されました。これは、発射中に燃料プレバルブが閉じると、打ち上げ中止状態が引き起こされる可能性があるためです。無人飛行 3 回で、マーキュリー レッドストーンは 1 秒あたり 8 度のロール過渡現象を示すのに対し、レッドストーン ミサイルは 4 度であることが判明しました。これは打ち上げ中止を引き起こすために必要な 1 秒あたり 12 度のロール過渡現象を下回っていましたが、ロール速度センサーは 2 回の有人飛行から削除され、偶発的な打ち上げ中止の可能性を減らしました (ブースターには 10 度で起動するロール姿勢角センサーが残っていました)。

マーキュリー・レッドストーン 1Aとマーキュリー・レッドストーン 2 は、飛行中に過加速に見舞われた。前者は加速度計の不具合によるもので、後者は LOX 調整器の不具合によりエンジンに酸化剤が過剰に供給され、推力の停止が 1.2 秒早く発生した。ASIS システムが作動し、脱出塔がカプセルを引き離したため、同乗していたチンパンジーのハムは高 G 負荷にさらされた。3 回目の飛行であるマーキュリー・レッドストーン BD は、ブースターが有人飛行可能と見なされる前にこれらの問題を修正するための技術テストとして設計された。

与圧計器室とカプセルの間の空間は、もともとロケットのパラシュート回収システムを設置するためのものだったが、このシステムが廃止された後、空のままになっていた。マーキュリー・レッドストーンの無人飛行3回では、アダプター部分で高い振動レベルと構造的な曲がりが見られたため、アラン・シェパードの飛行では、アダプター部分に340ポンドの鉛入りプラスチックが使用され、補強材と補強材も追加された。シェパードが打ち上げ中に依然として顕著な振動を報告した後、ガス・グリソムのブースターにはさらに多くのバラストが使用された。マーキュリーの軌道飛行に使用されたアトラスブースターでもこの問題は発生していたが、より悲惨な結果となり、マーキュリー・アトラス1号は、ブースターがカプセルアダプターと結合する部分で過度の曲がりが引き起こした構造的破損により飛行中に破壊された。^[26]

レッドストーンの設計をマーキュリー計画に適応させる過程で、合計で約 800 箇所の修正が行われました。レッドストーンの有人認定プロセスは非常に広範囲に及んだため、NASA はすぐに既製のロケットではなく、事実上完全に新しいロケットを使用していることに気付き、以前のレッドストーンおよびジュピター C の打ち上げで得られたハードウェアと飛行試験データをすべて無効にしました。これにより、ABMA のフォン ブラウンのチームと NASA の間で一連の論争が発生しました。前者は、故障した打ち上げロケットから宇宙飛行士が確実に脱出できるように、単に脱出システムを可能な限り確実にすることを好みましたが、後者は、そもそも脱出が発生する可能性を最小限に抑えるためにブースターの信頼性を最大限に高めることを好みました。

マーキュリー・レッドストーンの設計者は当初、ロケットをマーキュリーカプセルから分離した後、パラシュートで回収することを計画していた。これは回収可能な打ち上げロケットを開発するための最初の重要な取り組みであり、試験段階に到達した最初のものであった。^[27]

ロケット上部の回収システムでは、2段のパラシュートが使用される予定だった。第1段階では、直径17フィート（5.2メートル）のパラシュート1枚がロケットの落下を安定させ、降下速度を遅くする。このパラシュートは次に、直径67フィート（20メートル）の3つのメインパラシュートを展開する。ロケットは大西洋に落下し、船で回収される予定だった。^[28]

このシステムの実現可能性を判断するために、実物大のレッドストーンで水衝撃試験や浮遊試験、海軍の回収船が浮遊するレッドストーンを回収する海上演習など、いくつかの試験が行われた。これらの試験ではすべて、ロケットの回収が可能であることが示された。^[29]しかし、資金不足のためさらなる開発は中止され、パラシュートシステムはテストされなかった。^[30]

マーキュリー・レッドストーンの飛行には、「MR-」という接頭辞が付けられていました。紛らわしいことに、これらの飛行に使用されたマーキュリー・レッドストーンのブースターも同様に指定されていましたが、通常は異なる番号が付けられていました。この指定はロケットの尾部で確認できます (通常はフル解像度の画像で確認できます。下の表を確認してください)。

MR-4とMR-6の2つのロケットは飛行しなかった。マーキュリー計画の当初、NASAはアトラス軌道飛行を始める前に各宇宙飛行士を弾道飛行させるつもりだったという噂があったが、NASAはマーキュリー・レッドストーン・ブースターを8基しか購入しなかった。そのうち1基はMR-1の打ち上げ失敗で損傷し再利用されず、もう1基はMR-BD飛行に使用された（当初の予定では無人マーキュリー・レッドストーン飛行1回、チンパンジー飛行1回、有人飛行6回だった）。アラン・シェパードとガス・グリソムの飛行は成功し、ソ連は1961年夏の終わりまでに2回の有人軌道飛行を行っていたため、レッドストーン・ミッションを続ける必要はなかった。^[31]

ウィキメディア・コモンズには、マーキュリー・レッドストーン・ブースターに関連するメディアがあります。

• Cassidy, JL; Johnson, RI; Leveye, JC; Miller, FE (1964 年 12 月)。マーキュリー・レッドストーン計画(PDF)。NASA。
• Swenson Jr., Loyd S.; Grimwood, James M.; Alexander, Charles C. (1966). This New Ocean: A History of Project Mercury. NASA. 2010年6月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2009年4月18日閲覧。