VTVL

垂直離着陸（VTVL ）は、ロケットの離着陸方式の一つです。これまでに数多くのVTVL機が飛行してきました。特筆すべきVTVL機としては、人類初の月面着陸を成し遂げたアポロ月着陸船が挙げられます。数十年にわたる開発を経て、SpaceXは主力ロケットであるファルコン9の第1段にVTVLコンセプトを採用し、これまでに500回以上の動力着陸を成功させています。

VTVL技術は、アポロ計画のために初めて本格的に開発されました。1990年代までに、大型で信頼性の高い再始動可能なロケットエンジンの開発が進み、既に成熟していたこの技術をロケットの各段に利用することが可能になりました。最初の先駆者は、マクドネル・ダグラス社のDC-X実証機でした。DC-Xプロトタイプの成功後、2000年以降、このコンセプトは小型ロケットで大幅に発展しました。これは、月着陸船チャレンジのような奨励金付きの競争が一因となっています。

2000年代半ばから、VTVLは人を輸送できるほど大型の再利用可能なロケットの技術として集中的に開発されてきた。2005年から2007年にかけて、ブルーオリジンはジェット推進式のカロン実証機で、その後ゴダード実証機を使用して一連の試験を成功させた。小型のVTVLロケットは、マステン・スペース・システムズ、アルマジロ・エアロスペースなどによっても開発された。2013年、パラシュートによる段の回収が失敗した後、スペースXはファルコン9プロトタイプで744メートルまで上昇した後、垂直着陸を実証した。^{[ 1 ]}その後、ブルーオリジン（ニューシェパード）とスペースX（ファルコン9）は、打ち上げ地点への帰還（RTLS）運用後の打ち上げロケットの回収を実証し、ブルーオリジンのニューシェパードブースターロケットは、宇宙空間に到達した飛行の後、2015年11月23日に初の垂直着陸に成功し、スペースXのファルコン9フライト20は、約1か月後の2015年12月22日に商業軌道ブースターの初の着陸を記録しました。スペースXのファルコンヘビーの多くの打ち上げには、各ロケットの2つのサイドブースターのVTVL運用の成功が含まれています。スペースXは、スターシップという完全再利用可能なロケットも開発しています。^{[ 2 ]}スターシップは、4回目の試験飛行で、その2つのステージでこの技術を実証した最初の打ち上げロケットになりました。

VTVLロケットは、ヘリコプターや垂直離着陸機のように、空気を利用して垂直に離着陸し、推進力を得る航空機（VTOL機）とは混同してはならない。

• 1961年ベルロケットベルト、個人用VTVLロケットベルトの実演。^{[ 3 ]}
• VTVLロケットのコンセプトは、1960年代にダグラス・エアクラフト社のフィリップ・ボノによって研究された。 ^{[ 4 ]}
• アポロ月着陸船は、1960年代に開発された、月への着陸と離陸を目的とした2段式垂直離着陸機である。
• オーストラリア国防科学技術グループは、 1981年5月2日に南オーストラリア州ポートウェイクフィールドで行われた試験で、ホベロックロケットの打ち上げに成功した。^{[ 5 ]}このロケットは「水平面内で制御された飛行経路を飛行し、必要に応じて制御された降下で終了する」ことができた。^{[ 6 ]}
• ソビエト連邦は1980年代後半にザーリャと呼ばれる垂直着陸有人カプセルの開発作業を行った。 ^{[ 7 ]}
• マクドネル・ダグラス DC-Xは、1/3 スケールの無人プロトタイプ SSTO VTVL打ち上げ機で、1990 年代に数回の試験飛行が行われた。最初の飛行は 1993 年に成功した。1996 年 6 月には、垂直着陸を行う前に3,140 メートル (10,300フィート)の高度記録を樹立した。 ^{[ 8 ]} 
• ロータリーロケット社は1999年に、ロケット先端ヘリコプターシステムをベースにした自社設計のロートン機の垂直着陸システムの試験に成功したが、機体全体を製造するための資金を調達することができなかった。
• 2005年6月13日、ブルーオリジンVTVL準軌道再利用型打ち上げロケットが発表された。^{[ 9 ]}
• 2005年：ジェットエンジン推進試験機であるブルーオリジン・カロンは、後にブルーオリジンのVTVLロケットで使用される自律誘導および制御技術を検証した。^{[ 10 ]}
• 2006年、2007年：後のニューシェパード準軌道宇宙船の縮尺実証機であるブルーオリジン・ゴダードは、退役前に3回の飛行に成功した。^{[ 11 ]}
• 2006年から2009年にかけて、アーマディロ・エアロスペースのスコーピウス/スーパーモッド、マステン・スペース・システムズのゾンビ、アンリーズナブル・ロケットのブルーボールといった飛行VTVLロケットが、ノースロップ・グラマン/NASA月着陸船チャレンジで競い合った。マステンのザエロやアーマディロのスティグなどの後継VTVL設計は、より高速でより高い準軌道高度への飛行を目指していた。^{[ 12 ]}
• SpaceXは2010年に、ドラゴン宇宙船に展開式着陸装置を取り付け、機体のスラスタを使って地上着陸を行う計画を発表した。^{[ 13 ]}しかし、2017年に中止された。^{[ 14 ]}
• 2010年、NASAの飛行運用プログラムの下でNASAが準軌道再利用型打ち上げロケット（sRLV）の募集を行った結果、3機のVTVL機がNASAに提案された。それらは、ブルーオリジンのニューシェパード、マステンのザエロ、そしてアルマジロのスーパーモッドである。^{[ 15 ]}
• モルフェウスは、新しいグリーン推進剤推進システムと自律着陸および危険検知技術を実証する垂直試験台を開発する2010年代のNASAプロジェクトである。^{[ 16 ]}
• マイティイーグルは、2012年8月時点でNASAによって開発されていた2010年代初頭のロボット試作着陸機である。^{[ 17 ]}

• SpaceXは2011年9月に、 VTVLドラゴンカプセルとともにファルコン9ロケットの2段の動力降下と回収の開発を試みると発表した。^{[ 18 ] [ 19 ]}
• 2012年: SpaceXのグラスホッパーロケットは、同社の大型再利用型ロケット技術の低高度・低速における工学的側面を検証するために開発されたVTVL第1段ブースター試験機でした。^{[ 20 ]}この試験機は2012年から2013年にかけて8回の試験飛行に成功しました。 ^{[ 21 ]}グラスホッパーv1.0は2013年10月7日に8回目にして最後の試験飛行を行い、高度744メートル（2,441フィート）（0.46マイル）まで飛行した後、8回目のVTVL着陸に成功しました。^{[ 22 ]} 
• 2013～2017年： DragonFlyは、 SpaceXのDragon宇宙カプセルの推進着陸バージョンの低高度ロケット推進試験機のプロトタイプでした。宇宙から帰還した後の着陸と打ち上げ中止システムのために、同社の第2世代有人再利用型宇宙カプセルであるDragon 2の技術を使用することを目的としていました。DragonFlyプロトタイプは、 2014年と2015年に低高度推進飛行試験に使用されました。 ^{[ 23 ]}開発は2017年半ばまでに中止されました。^{[ 24 ]}
• 2014年：SpaceXのファルコン9再利用開発機はグラスホッパーより約50フィート長く、同社のフルサイズFalcon 9 v1.1ブースタータンクをベースに、飛行設計の着陸脚とブースターの姿勢を制御するための窒素ガススラスタを備えて製造された。F9R Dev1は2014年4月に最初の試験飛行を行い、高度250メートル（820フィート）まで上昇した後、通常の垂直着陸を行った。^{[ 25 ]} 
• 2015年11月23日、ブルーオリジンのニューシェパードブースターロケットは、宇宙に到達した無人準軌道試験飛行の後、初の垂直着陸に成功した。^{[ 26 ]}
• 2015年12月21日、スペースXの20回目のファルコン9第1段は、ファルコン9フライト20で11個の商用衛星を低地球軌道に打ち上げた後、軌道投入クラスのブースターとして初めて垂直着陸に成功した。^{[ 27 ]}
• 2016年4月8日、SpaceXのファルコン9は、国際宇宙ステーションへのSpaceX CRS-8貨物補給ミッションの一環として、同社の自律型宇宙港ドローン船への初の着陸に成功した。^{[ 28 ]}
• 2017年以来、DLR、CNES、JAXAはCALLISTO（Cooperative Action Leading to Launcher Innovation in Stage Toss-back Operations）と呼ばれる再利用可能なVTVLロケット実証機を開発している。 ^{[ 29 ]}
• 2018年1月：中国の民間宇宙企業LinkSpaceは、垂直離着陸（VTVL）による再利用可能な実験用軌道ロケットの試験に成功した^{[ 30 ]。}
• 2018年2月6日、SpaceXはファルコンヘビーのデモンストレーション飛行中に、第1段ブースター2基の着陸に成功した。^{[ 31 ]}
• 2018年：ISROは、試験着陸場が開発中のADMIRE試験機の詳細を明らかにした。この機体は超音速逆噴射推進装置、操縦可能なグリッドフィンとして機能する特殊な格納式着陸脚を備え、レーザー高度計とNavIC受信機を備えた統合航法システムによって誘導される。^{[ 32 ]}
• SpaceX Starshipの初期試験機である直径9メートル（30フィート）の大型Starhopperの低高度VTVL試験は、2019年7月と8月にテキサス州ブラウンズビル近郊のSpaceXサウス・テキサス・ローンチ・サイトで行われ、約150メートル（490フィート）までの飛行が行われた。^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}   
• 2020年8月、SpaceXはスターシップのプロトタイプのテストを開始しました。SN5 、SN6、SN15はVTVLの打ち上げと着陸に成功しましたが、SN8、SN9、SN10、SN11は着陸失敗により破壊されました。^{[ 36 ] [ 37 ] [ 33 ] [ 38 ]}
• 2021年7月20日、ブルーオリジンのニューシェパードロケットは、有人準軌道飛行の後、初の垂直着陸に成功した。NS -16にはジェフ・ベゾスを含む4人の乗客が搭乗していた。^{[ 39 ]}
• 2021年7月、2021年10月、2022年5月に、ディープブルー・エアロスペース社のネビュラM1（ライティング20ケロロックスエンジン搭載）は、それぞれ高度10メートル、100メートル、1キロメートルで垂直離着陸（VTVL）飛行試験を成功裏に実施した。
• 2023年11月2日と2023年12月10日、i-Space社のHyperbola-2Yは、再始動可能なメタン・酸素混合エンジンを搭載し、垂直打ち上げと回収をそれぞれ2回成功させ、飛行高度はそれぞれ178メートルと343メートルに達した。
• 2024年1月19日、ランドスペース社のZhuque-3 VTVL-1試験機は、メタン・酸素混合エンジンによる準軌道ホップ試験の後、初の垂直着陸に成功した。
• 2024年1月26日、ExPace社の再利用型技術試験ロケット「快舟」が、初の垂直離着陸（VTVL）試験を完了した。発射台に着陸する前に9秒間ホバリングし、飛行時間は22秒だった。
• 2024年10月7日、ISROは、 NGLV第1段およびブースター段に統合する前に、小型機（おそらくADMIRE試験機）でVTVL技術をテストする計画を明らかにした。ヴィクラム・サラバイ宇宙センターは、高度な航法システム、操縦可能なグリッドフィン、展開可能な着陸脚、および高度なアビオニクスを開発している。^{[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]}
• 2024年10月13日、SpaceXはスーパーヘビーブースター12を打ち上げ地点に着陸させた。^{[ 43 ]}ファルコン9とは異なり、スーパーヘビーには着陸脚がなく、代わりに発射塔に受け止められる。^{[ 43 ]}その上段であるシップ30は、爆発する前にインド洋に軟着陸した。^{[ 43 ]}
• 2025年11月13日、ブルーオリジンはニューグレン7×2の第1段を宇宙船ジャクリンに着陸させた。この第1段には7基のBE-4メタン・酸素・液体燃料エンジンが搭載されている。
• 2026年7月10日、中国の長征10Bロケットが初打ち上げに成功した。第1段は垂直に帰還し、海上で船に取り付けられた網状の回収構造物によって回収された。これは中国が軌道打ち上げ中にブースターの回収に成功した初めての事例である。^{[ 44 ]}

逆噴射着陸（有人宇宙飛行初期の標準的な垂直離陸（VT）技術に加えて、垂直着陸（VL）と呼ばれる技術）を成功させるために必要な技術は、いくつかの要素から成り立っています。まず、推力は通常、方向転換が必要であり、ある程度のスロットリングが必要となります。ただし、推力重量比が1を超えることは必ずしも必要ではありません。

機体は位置と高度を計算できる能力を備えている必要があります。垂直方向からのわずかなずれでも、機体の水平位置に大きなずれが生じる可能性があります。通常、機体を正しい角度に保つためにはRCSシステムが必要です。SpaceXは、ファルコン9ブースターの着陸時の姿勢制御にもグリッドフィンを使用しています。

また、真空、極超音速、超音速、遷音速、亜音速など、さまざまな条件下でエンジンを点火できることも必要となる場合がある。^{[ 45 ]}

燃料、大型タンク、着陸脚、およびその展開機構の追加重量により、他の条件がすべて同じであれば、通常、軟着陸システムの性能は使い捨て機に比べて低下します。この技術の主な利点は、VTVL着陸成功後にロケットを再利用できるため、宇宙飛行コストを大幅に削減できる可能性があることです。 ^{[ 46 ]}

宇宙飛行以前の時代には、ロケット着陸の主な方法は宇宙船の垂直着陸だと考えられていました。多くのSF作家や大衆文化の描写では、ロケットは垂直に着陸し、通常は宇宙船のフィンで着陸後に静止する様子が描かれていました。この見方は大衆文化に深く根付いており、1993年に試作ロケットの低高度試験飛行が成功した後、ある作家は「DC-Xは垂直に打ち上げられ、空中でホバリングした…宇宙船は再び空中で停止し、エンジンのスロットルが絞られると、垂直着陸に成功した。まるでバック・ロジャースだ」と述べています。^{[ 47 ]} 2010年代には、SpaceXのロケットも同様に、 「バック・ロジャース」再利用可能なロケットを作るための探求として、この大衆文化のバック・ロジャースの概念にちなんで名付けられました。^{[ 48 ] [ 49 ]}

ヤング・シェルドンのエピソード「パッチ、モデム、ザンタック®」では、シェルドン・クーパーが1980年代にVTVLの方程式を開発するものの、当時の技術力不足を理由にNASAに却下される様子が描かれている。シェルドンは自分が時代を先取りしていたと結論づける。2016年にフラッシュフォワードすると、SpaceX CRS-8ミッションの成功が示され、その後、SpaceXの創設者イーロン・マスクがシェルドンの古いノートを見て、机の引き出しに隠す様子が描かれる。^{[ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]}

• クライスラーサービス
• コロナ
• ファルコン9型ロケット20便
• 寒光丸– VTVL ^{[ 54 ]}
• 海上発進

• Astronautix.com –過去のVTVLロケット構想一覧
• Hobbyspace.com –世界各地における垂直離着陸ロケットの開発