ロッキード・マーティン X-33

X-33
	軌道上の X-33 のアーティストによる描写。
関数	無人再利用可能スペースプレーン技術実証機
メーカー	ロッキード・マーティン
原産国	アメリカ合衆国
プロジェクト費用	9億2,200万ドルNASA + 3億5,700万ドルロッキード・マーティン
サイズ
身長	20メートル（66フィート）
質量	129,000 kg (285,000 ポンド)
ステージ	1
発売履歴
状態	キャンセル
エンジンの詳細
搭載	2 XRS-2200 リニアエアロスパイク
最大推力	1,800kN（410,000lbf）
推進剤	LOX / LH2
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ロッキード・マーティン X-33 は、 1990 年代に一時期開発されていた、無人の小規模技術実証用弾道宇宙機の提案である。X-33 は、次世代の商業的に運用される再使用型打ち上げロケットとして計画されていたベンチャースター軌道宇宙機の技術実証機であった。X-33 は、金属製の耐熱システム、液体水素用の複合材極低温燃料タンク、エアロスパイクエンジン、自律型 (無人)飛行制御、合理化された運用による迅速な飛行ターンアラウンド時間、揚力体の空力特性など、NASA が単段式軌道投入再使用型打ち上げロケット (SSTO RLV) に必要だと考えるさまざまな技術の飛行試験を行う予定であった。^[3]

圧力試験中に21メートルの翼幅と多葉複合材燃料タンクが故障したため、最終的には2001年初頭に連邦政府によるこのプログラムへの支援が撤回されました。ロッキード・マーティンは無関係の試験を実施し、2009年には2メートルのスケールモデルを使用して一連の失敗の後、1回の成功を達成しました。^[4]

歴史

1994年、NASAは再使用型打ち上げロケット（RLV）プログラムを開始した。ロックウェル・インターナショナル、マクドネル・ダグラス、ロッキード・マーティンからの提案を策定するフェーズIプログラムの後、1996年にロッキード・マーティンは実証機としてX-33を開発するフェーズII契約を締結した。 ^[5]同時に、オービタル・サイエンシズは空中発射型極超音速研究機であるX-34の開発契約を締結した。 ^[5]

RLVプログラムの目標は以下のとおりです。^[5]

「大幅に低コストでペイロードを運ぶことができる新世代の宇宙ブースターにつながる技術を実証する」
「米国の航空宇宙メーカーの世界市場での競争力を高める、先進的な商用打ち上げシステムの開発のための技術基盤を提供する」

1999年までに10億ドルが費やされ、その約80パーセントはNASAから、そして追加資金は業界パートナーから提供された。^[5]目標は、1999年3月までに初飛行を行い、2006年に再利用可能な実用宇宙船であるベンチャースターを飛行させることだった。 ^[5]

.. 軌道修正に数か月ではなく数日かかる、運用に数千人ではなく数十人を要する、現在の10分の1の打ち上げコストでロケットを建造する。私たちの目標は、1ポンドの積荷を軌道に乗せるコストを1万ドルから1,000ドルに削減する再利用可能なロケットです。
— D. ゴールディンNASARLVプログラム管理者^[5]

キャンセル

このプログラムは2001年2月に中止された。^[6]

飛行の不安定性や重量超過など、長きにわたる一連の技術的問題により、2001年にNASAによって計画が中止された時点で、試作機の組み立ては約85%、部品の96%が完成し、打ち上げ設備は100%完成していた^[7]。

特に、複合液体水素燃料タンクは、1999 年 11 月の試験中に故障しました。タンクは、重量を軽減するためにハニカム複合壁と内部構造で構築されていました。単段軌道投入に必要な技術を実証するために、より軽量のタンクが必要でした。水素燃料の SSTO 機の質量比では、燃料なしの機体の重量は、燃料を満載した重量の 10% である必要があります。これにより、スペースシャトルで使用されるような外部ブースターや燃料タンクを必要とせずに、低地球軌道まで飛行できます。しかし、複合タンクが燃料補給および圧力テスト中に試験台で故障した後、NASA は、当時の技術ではそのような設計には十分進歩していないという結論に達しました。複合タンクの壁自体は軽量でしたが、空気力学的モールドライン内に収まるために必要な水素タンクの形状により、複雑な接合部が生じ、複合タンクの総質量がアルミニウムベースのタンクの質量を超え、SSTO 機には重すぎました。^[8]

NASA は中止前にこのプロジェクトに 9 億 2,200 万ドルを投資し、ロッキードマーティンはさらに 3 億 5,700 万ドルを投資していた。グローバルスター、テレデシック、イリジウムなどの企業が直面している課題や、その結果として年間の商業衛星打ち上げ数の予想数の減少など、宇宙打ち上げビジネスの変化により、ロッキードマーティンは政府の支援なしに X-33 の開発を民間で継続することは利益にならないと結論付けた。^{[引用が必要]}

2004年、ノースロップ・グラマンはコンステレーション計画の初期作業の一環として、単純な円筒形の複合材極低温水素タンクを製作し、テストすることに成功した。^[9]

設計と開発

NASAとロッキードマーティンは、リフティングボディの形状、複合材製の多葉液体燃料タンク、エアロスパイクエンジンを使用して、単段式軌道投入(SSTO) 設計の実現可能性を実証する宇宙船の試験飛行を希望しました。単段で軌道に到達できる宇宙船は、低地球軌道に到達するために外部燃料タンクやブースターを必要としません。シャトルやアポロロケットなどの打ち上げ機の「段階的」立ち上げの必要性をなくすことで、本質的に信頼性が高く安全な宇宙打ち上げ機につながります。X-33 は飛行機のような安全性には近づきませんが、信頼性 0.997、つまり 1,000 回の打ち上げで 3 件の事故を実証しようとします。これは、スペースシャトルよりも 1 桁高い信頼性です。計画されている 15 回の X-33 実験飛行は、この統計的評価の始まりに過ぎません。

この無人機はエドワーズ空軍基地に建設された特別に設計された施設から垂直に打ち上げられ、^[7]ミッション終了時に滑走路に水平着陸（VTHL）される予定だった。最初の弾道飛行試験はエドワーズ空軍基地からユタ州ソルトレイクシティ南西のダグウェイ性能試験場まで計画された。

これらの試験飛行が完了すると、エドワーズ空軍基地からモンタナ州グレートフォールズのマルムストロム空軍基地までさらなる飛行試験が実施され、より高速かつ高高度での航空機の加熱とエンジン性能に関するより完全なデータが収集されることになっていた。^[^要出典^]

1996年7月2日、NASAはカリフォルニア州パームデールのロッキード・マーティン・スカンクワークスを、RLV計画のためのX-33実験機の設計、製造、試験の委託先に選定した。ロッキード・マーティンのX-33設計コンセプトは、ロックウェル・インターナショナルとマクドネル・ダグラスの競合コンセプトを抑えて選ばれた。ロックウェルはスペースシャトル由来の設計を提案し、マクドネル・ダグラスは垂直離着陸（VTVL）DC-XA試験機に基づく設計を提案した。^[^要出典^]

無人のX-33は、高度75.8km近くまで弾道飛行を15回行う予定だった。^[10]ロケットのように垂直に打ち上げられ、直線飛行ではなく、飛行の半分は斜め上空に飛び、非常に高い高度に到達し、残りの飛行は滑走路まで滑走する。

X-33は高度100km以上、あるいは軌道速度の半分以上で飛行することを想定されていなかった。もしテストが成功した場合、その結果を提案された軌道車両に適用するために外挿が必要だっただろう。^[10]

X-33の設計と製造の決定は、NASAの内部研究「宇宙へのアクセス」から生まれた。^[11]他の宇宙輸送研究とは異なり、「宇宙へのアクセス」は車両の設計と製造につながるはずだった。

商業宇宙飛行

NASAと共有したX-33の経験に基づいて、ロッキード・マーティンは、ベンチャースターと呼ばれる本格的なSSTO RLVのビジネスケースを作成し、商業手段で開発および運用することを望みました。その意図は、スペースシャトルのように宇宙輸送システムを運用するのではなく、NASAは民間企業に再使用型打ち上げ機の運用を依頼し、NASAは商業打ち上げプロバイダーから打ち上げサービスを購入するというものでした。したがって、X-33は宇宙飛行技術を磨くだけでなく、商業用再使用型打ち上げ機を可能にするために必要な技術を成功裏に実証することでもありました。^[^{引用が必要}^]

ベンチャースターは宇宙を飛行する最初の民間航空機となるはずだった。ベンチャースターは大陸間の長距離飛行を目的としており、2012年までに就航する予定だったが、このプロジェクトは資金提供も開始もされなかった。^[要出典]

一般的な特徴

長さ: 69 フィート (21 メートル)
幅: 77 フィート (23 メートル)
最大離陸重量: 285,000 ポンド (129,274 kg)
燃料容量: 210,000ポンド (95,000 kg)
動力装置: XRS-2200リニアエアロスパイクロケットエンジン2 基、各 410,000 lbf (1,800 kN) の推力

パフォーマンス

最高速度: 9,896 mph (15,926 km/h、8,599 kn)
最高速度：マッハ13

継続的な研究

2001年のキャンセル後、エンジニアは炭素繊維複合材から実用的な液体酸素タンクを作ることができました。^[12] テストにより、複合材は液体酸素タンクに適した材料であることが示されました^[13]

2004年9月7日、ノースロップ・グラマンとNASAのエンジニアは、繰り返しの燃料補給と模擬打ち上げサイクルに耐えられることを実証した炭素繊維複合材製の液体水素タンクを公開した。^{[14]ノースロップ・グラマンは、これらのテストの成功により、}オートクレーブを使わずに大型複合材タンクを製造できる新しい製造プロセスの開発と改良が可能になり、単段式軌道投入機に適したコンフォーマル燃料タンクの設計とエンジニアリング開発が可能になったと結論付けた。^[15]

代替案

5社が関心を示し、コンセプトを提案した。そのうち、ロッキード・マーティン、ロックウェル、マクドネル・ダグラスの3社がより詳細な提案を検討するために選ばれた。^[16]

ロックウェル

ロックウェルはスペースシャトルをベースとした設計を提案した。^[17]スペースシャトルのメインエンジン（SSME）1基とRL- 10-5Aエンジン2基を使用する予定だった。 ^[18]^{: 49}

ロックウェルはその後の軌道到達のための本格的なシステムで、ロケットダインRS-2100エンジンを6基使用する計画を立てた。^[18]^{: 49}

マクドネル・ダグラス

マクドネル・ダグラスは、垂直離着陸機 DC-XAの試験機をベースに、液体酸素/水素ベルエンジンを使用した設計を提案した。 ^[6]主推進システムには単一のSSMEを使用する予定だった。^[18]^{: 47}^[19]

参照

参考文献

^ abc Mark Wade. 「X-33」. Encyclopedia Astronautica. 2017年2月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年2月25日閲覧。
^ ab Wikisource:X-33 先進技術実証機
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^ ロックウェル・インターナショナル X-33 テクノロジー・デモンストレーター提案画像
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^ 1995年RAND TAVワークショップ議事録全文

https://www.youtube.com/watch?v=

外部リンク

YouTubeでの X-33 の飛行シミュレーション
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「X-33」、Xプレーン、アメリカ科学者連盟。
X-33 再使用型ロケットプログラムの現状(PDF) 、米国: GAO、1999 年 8月、2012 年 2 月 8 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ、2007 年9 月 11 日取得。
X-33 キャンセル (プレスリリース)、NASA、2001 年 3 月 1 日、2015 年 12 月 13 日のオリジナルからアーカイブ。
X-33 発射施設 (エリア 1-54) (PDF)、WP AFB: 空軍、2011 年 6 月 5 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ

[astro-1] Mark Wade. 「X-33」. Encyclopedia Astronautica. 2017年2月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年2月25日閲覧。

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[3] Conner, Monroe (2016年3月30日). 「Lockheed Martin X-33」. NASA . 2023年4月9日閲覧。

[David-4] David, Leonard (2009年10月15日). 「再利用可能なロケット飛行機がテスト飛行で飛翔」. NBCニュース. 2019年12月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年10月27日閲覧。

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[8] Bergin, Chris (2006 年 1 月 4 日)。「X-33/VentureStar — 実際何が起こったのか」NASA 宇宙飛行。

[9] 「ノースロップ・グラマン、NASA、複合材極低温燃料タンク試作機の試験を完了」。2004年9月7日。2017年1月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[eis-10] 「環境影響評価書、意図通知 96-118」。NASA。1996 年 10 月 7 日。2008 年 12 月 3 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年1 月 30 日閲覧。飛行テストでは、最高速度マッハ 15、高度約 75,800 メートルまでが予定されています。テストプログラムは、合計 15 回の飛行を基準としていました。

[11] 「X-33の政策的起源」NASA、1998年9月23日。2014年10月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年2月16日閲覧。

[12] Graf, Neil (2001). 「サブスケール複合材液体酸素タンク試験」(PDF) .高性能複合材.

[13] Graf, Neil (2001). 「複合材料の酸素適合性試験」(PDF) .高性能複合材料.

[irconnect.com-14] ノースロップ・グラマン。「ノースロップ・グラマン、NASA、複合材極低温燃料タンク試作機の試験を完了」、ニュースリリース、2004年9月7日、2017年1月9日アクセス。

[15] Black, Sara (2005 年 11 月)。「極低温物質用複合材タンクの最新情報」。高性能複合材。

[16] “X-33”. www.astronautix.com . 2016年12月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[17] ロックウェル・インターナショナル X-33 テクノロジー・デモンストレーター提案画像

[MR890-3-18] 「RAND 1995 Project Air Force Workshop on transatmospheric Vehicles - chapter 3」（PDF）。

[19] 1995年RAND TAVワークショップ議事録全文