Loading article…
2段軌道ロケット( TSTO ) または2 段ロケットは、軌道速度を達成するために2 つの異なる段が連続的に推進力を提供する打ち上げ車両です。これは、3 段軌道ロケットと仮想の1 段軌道ロケット (SSTO) の中間です。
打ち上げ時には、第 1 段が機体の加速を担います。ある時点で第 2 段が第 1 段から切り離され、独自の力で軌道を回り続けます。
このようなシステムが単段式軌道投入方式より優れている点は、機体の乾燥質量のほとんどが軌道上に運ばれないことである。これにより、構造物とエンジンの質量の多くが排出され、軌道上の質量の大部分がペイロード質量となるため、軌道速度に達するのにかかるコストが削減される。[1]
3段以上の場合の利点は、複雑さが軽減され、分離イベントが少なくなるため、コストと故障のリスクが軽減されることです。[2]
例
- 歴史的
- 現在
- アトラス V 401 および 501
- 電子
- ファルコン9
- バルカンケンタウロス
- 開発中
打ち上げ時にストラップオン型ブースターロケットが使用されるため、どの機体がTSTOであるかは必ずしも明らかではない。これらは飛行の早い段階で投下され、コアエンジンが燃焼を継続する場合に追加段と見なされる場合とそうでない場合がある。これらは半段と見なされることもあり、1.5段軌道到達（1.5STO）という表現が用いられる。例として、長征5B [3]やアトラスミサイル[4] [5]はコア段が1つでブースターが追加された。同様に、追加ブースターを備えた2段設計は2.5段ロケットと呼ばれることもあり、例としてアリアネ5やアトラスVのほとんどの派生型（401と501を除く）が挙げられる。
再利用可能な打ち上げシステム
再使用型打ち上げシステムに関して、このアプローチは単段式軌道投入 ( SSTO ) の代替案として提案されることが多い。このアプローチの支持者は、各段の質量比がSSTO 打ち上げシステムよりも低いため、このようなシステムは構造材料の限界からさらに離れた場所で構築できると主張している。2 段式の設計では、メンテナンスやテストが少なくて済み、故障も少なく、耐用年数が長くなるはずだと主張している。さらに、2 段式アプローチでは、下段を圧力と抗力が高い地球の下層大気での動作に最適化し、上段を打ち上げ後半の真空に近い状態での動作に最適化することができる。これにより、同じハードウェアを使用して両方の環境で動作する必要がある単段式または 1 段半式の車両よりも、2 段式の車両のペイロード質量分率を高めることができる。[引用が必要]
批評家は[誰? ] 、相互作用しなければならない 2 つの別々のステージの設計の複雑さの増大、第 1 ステージを発射場に戻すためのロジスティックス、および第 2 ステージの段階的なテストの実施の難しさが、これらの利点を上回ると主張しています。飛行機のような下段の場合、彼らはまた、高速航空機 ( SR-71など) の開発と運用がいかに困難で高価であるかを主張し、パフォーマンスの主張に疑問を投げかけています。輸送航空機を第 1 ステージとして使用する多くの「ミニ シャトル」設計も、燃料用の大きな外部タンクを搭載する必要があるため、スペース シャトルと同様の氷/泡の問題に直面しています。[要出典]
2023年現在、SpaceXとNASAは、SpaceXの2段式ファルコン9と2.5段式ファルコンヘビー、およびNASAのスペースシャトル固体ロケットブースターを使用して軌道上の車両の第1段の再利用を達成した唯一の打ち上げプロバイダーです。ロケットラボはエレクトロンロケットの第1段を複数回回収しましたが、それらを再び飛ばしていません。
ヘリコプターのような第一段階
飛行機のような操作が飛行機のような外観につながるわけではないという観点から、一部の再利用可能な TSTO コンセプトでは、第一段がVTOLまたはVTOHL航空機として動作します。DC -X は、 VTOL オプションの設計が機能することを証明しました。DH -1コンセプトなどの他の設計では、さらに一歩進んで「ポップアップ/ポップダウン」アプローチを使用し、軌道ステージを地球表面から約 60 km 上空の地点に運び、その後再び発射台に落下させます。DH-1 の場合、上段は実質的に「ほぼ SSTO」であり、より現実的な質量分率を持ち、信頼性が最適化されています。
飛行機のような第一段階
TSTO 設計の中には、飛行機のような第 1 段とロケットのような第 2 段で構成されるものがあります。飛行機の要素は、翼、空気吸入エンジン、またはその両方です。このアプローチは、地球の大気を障害物から利点に変えるという点で魅力的です。一定の速度と高度を超えると、翼とスクラムジェットは効果を発揮しなくなり、ロケットが展開されて軌道への旅が完了します。
Saenger (宇宙船) はこのタイプの最初のコンセプトの 1 つでした。
軌道上の乗り物ではないが、アンサリXプライズのために開発された民間の弾道宇宙船スペースシップワンは、有翼航空機を「下半分」とする2段式システムで宇宙の端まで到達できることを実証した。スペースシップワンの開発チームは、この技術をベースにした商用弾道打ち上げシステム、スペースシップツーを製作し、飛行させた。
ペガサスロケットは飛行機で打ち上げられますが、ロケットの部品自体が複数の段で構成されているため、2段式軌道投入システムではありません。
参照
参考文献
- ^ Blanco, Philip (2022). 「ロケットについて段階的に学ぶ」.物理教育. 57 (4): 045035. Bibcode :2022PhyEd..57d5035B. doi :10.1088/1361-6552/ac6928. S2CID 249535749. 2022年6月17日閲覧。
- ^ 「Falcon 1 - Stage Separation Reliability」SpaceX。2013年4月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年1月8日閲覧。
- ^ ジョーンズ、アンドリュー（2022年4月12日）。「中国の長征ロケットファミリー：歴史と写真」Space.com。
- ^ 「アトラスロケットの『1段半』駆動システム（MA）のバリエーション」b14643.de 。 2022年9月4日閲覧。
- ^ D. McCutcheon、Kimble。「米国有人ロケット推進の進化 - パート5：アトラスミサイル」。enginehistory.org 。2022年9月4日閲覧。