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DARPA XS-1は、米国国防総省のために小型衛星を軌道に投入する能力を計画した実験的な宇宙往還機/ブースターでした。[ 1 ] 1日に1回という頻度で再利用できるように設計されており、10日間連続で再利用することを目標としていると報告されています。[ 2 ] XS-1は、垂直離陸して極超音速と高準軌道高度まで飛行し、1つまたは複数の使い捨ての上段を分離してペイロードを低地球軌道に展開することで、多段ロケットの第1段を直接置き換えることを意図していました。その後、XS-1は地球に戻り、少なくとも24時間ごとに1回プロセスを繰り返すのに十分な速さで整備される予定でした。[ 3 ] [ 4 ]
DARPA XS-1 プログラムは 2013～2020 年に運用されました。[ 5 ] 数年にわたる改良と提案を経て、2017 年 5 月、国防高等研究計画局 (DARPA) [ 6 ]は、XS-1 宇宙船 (現在は実験宇宙機プログラムと呼ばれています) の製造と試験を行うフェーズ 2/3 にボーイングを選定しました。[ 7 ]当時、試験飛行は 2020 年より前に開始される予定でした。[ 7 ] 2020 年 1 月 22 日、ボーイングがプログラムへの参加を取りやめ、事実上プログラムを終了したと発表されました。[ 8 ]
DARPAは、新しい、安価で短期間で準備できる極超音速航空機を開発することで国家安全保障を強化する目的で、XS-1プログラム（後に実験宇宙機プログラムと改名）を創設した。彼らは、数日で低地球軌道に到達すること、無人再利用可能ロケット、外部ブースターを内部の自己完結型極低温推進ブースターに置き換えること、900～3,000ポンド（410～1,400kg ）のペイロードを極軌道に展開する能力、準軌道極超音速飛行と3,000 °F（1,600 °C）を超える温度に耐えることができる複合金属翼、DARPAの空中発射支援宇宙アクセス（ALASA）プログラムによって開発された自律飛行技術、マッハ10に到達することなどのコンセプトを推進した。[ 9 ]
XS-1 計画は、再利用可能な宇宙打ち上げロケットの開発に失敗した過去のいくつかの試みに続くものでした。1980年代のロックウェル X-30と 1990 年代のX-33ベンチャースターは、技術が未熟だったため飛行しませんでした。DARPA の最後の試みは、2000 年代初頭のResponsive Access, Small Cargo, Affordable Launch [ 10 ] [ 11 ] (RASCAL) 計画で、 75 万ドル未満で300ポンド (140 kg) のペイロードを軌道に乗せることを目標としていました。
XS-1 プログラムは、2013 年 11 月に DARPA の業界デーで発表されました。DARPA は、軽量で低コストの複合材製機体とタンク構造、耐久性のある熱保護、再利用可能で手頃な価格の推進システム、航空機のような健全性管理システムなど、より優れた技術により XS-1 の実現可能性が高まったと述べています。[ 5 ] XS-1 プログラム マネージャーのジェス スポナブルは、2014 年 2 月 5 日に NASA の将来の宇宙運用グループで講演し、「ここでのビジョンは、宇宙システムのコストが上昇するサイクルを断ち切り、日常的な宇宙アクセスと極超音速機を実現することです」と述べています。[ 12 ]
2014年7月までに、3社が実証機の設計契約を獲得した。選定されたのは、ボーイング社とブルーオリジン社、マステン・スペース・システムズ社とXCORエアロスペース社、ノースロップ・グラマン社とヴァージン・ギャラクティック社である。成功が証明された後に米軍の一部に引き継がれる他のDARPAプログラムとは異なり、このイニシアチブは当初からDARPAと産業界の直接的なパートナーシップとして設計された。2015年8月、ボーイング社、ノースロップ・グラマン社、マステン・スペース・システムズ社は、プログラムのフェーズ1Bの設計コンセプトを継続するために、DARPAから追加資金を受け取った。 2015年現在最初のXS-1軌道ミッションは2020年にも実施される予定だった。[ 13 ]
DARPAは2016年4月にXS-1プログラムのフェーズ2を開始しました。[ 14 ] 2016年7月、DARPAは「2013/14年に始まった取り組みを再開するのに適切な時期が来たが、2016年には公募プロセスを通じて強化され、いくつかの業界コンセプトが作成された。公募要件によれば、翼付き機体は引き続き10日間で10回の飛行が可能で、ペイロード容量は3,000ポンド以上、1回の飛行あたりのコストは500万米ドル未満である必要がある」と述べました。[ 15 ]
2017年5月、DARPAはXS-1（現在は実験宇宙機プログラムと呼ばれている）の製造と試験を行うフェーズ2/3にボーイングを選定した。[ 7 ]フェーズ2/3の契約には、DARPAからの1億4600万ドルの資金と、ボーイング社からの金額未定の拠出金が含まれていた。[ 16 ]
2020年1月22日、DARPAはボーイングがXS-1プログラムから「即時」撤退し、事実上プログラムを終了すると発表した。[ 8 ] [ 16 ]
2013年9月時点でのプログラムの目標 要件は次のとおりです。[ 3 ] [ 17 ] 宇宙機は、 1回の飛行につき500万米ドル未満の費用で、3,000～5,000ポンド（1,400～2,300kg）のペイロードを低地球軌道に運ぶ必要があり、[ 4 ]年間10回以上の飛行が必要です。当時、そのようなペイロードを打ち上げるには、オービタル・サイエンシズ・コーポレーションのミノタウロスIV使い捨てブースターを使用する必要があり、その価格は年間1回5,500万ドルでした。
ボーイング、ノースロップ・グラマン・エアロスペース・システムズ、マステン・スペース・システムズは、フェーズ1の概念設計契約を締結している。
ボーイングは当初、ブルーオリジンとトレードオフ研究を行った。ボーイングの設計では、自律型ブースターが第2段とペイロードを高高度まで運び、宇宙空間に展開できる。その後、ブースターは地球に戻り、現代の航空機と同様の運用および保守原則を適用して、次の飛行に向けて迅速に準備することができる。[ 20 ]
ノースロップ・グラマンは、航空機、宇宙船、自律システムに関する経験を活かし、スケールド・コンポジッツが製造と組み立てを主導し、ヴァージン・ギャラクティックが商業宇宙飛行機の運用と移行を主導するチームと協力した。ヴァージン・ギャラクティックとスケールド・コンポジッツは、世界で唯一の商業宇宙船であるスペースシップ・ツーの開発に携わった。チームはまた、DARPA、NASA、米国空軍研究所の関連プロジェクトで開発された技術を活用し、政府に「投資に対する見返り」を提供した。彼らのコンセプトには、最小限のインフラと地上クルーで輸送起立発射機を使用したクリーンパッド打ち上げ、高度に自律的な飛行運用、標準滑走路での水平着陸と回収が含まれていた。[ 18 ]
Masten Space Systems は、ロケット推進式の高速再利用可能機の経験があり、同社の Xombie、Xoie、Xaero垂直離着陸(VTVL) 設計は、プログラムで設定された 10 日間で 10 回の飛行という目標を既に達成または上回っています。同社は従業員約 30 名で構成され、モハベ航空宇宙港の小さな建物に本社を置いていますが、長年にわたり、さまざまな小型 VTVL システムを同宇宙港で短距離飛行させ、月や他の惑星に宇宙船を安全に着陸させるために設計された誘導、航法、制御 (GNC) システムのテスト ベッドとして機能してきました。同社のコンセプトは、翼と尾翼を備えた発射台から垂直に離陸する VTVL システムを示していました。Masten Space Systems は、フェーズ 1A で XCOR Aerospace と提携しました。[ 21 ]
2017年5月、ボーイング社はDARPAと提携してXS-1を製造する企業として選定された。[ 22 ]エアロジェット・ロケットダイン社は、 RS-25エンジンから派生したAR-22エンジンを宇宙船に供給することになっていた。 [ 23 ]プロトタイプの製造と飛行に関するフェーズ2/3の契約には、 DARPAから1億4600万米ドルの資金が提供された。[ 16 ]
ボーイングの設計は、垂直離陸水平着陸（VTHL）機[ 7 ]で、ファントムエクスプレスと呼ばれ、国の宇宙へのアクセスを増やすことを目的としていました。[ 24 ]計画された仕様には、機体の高さが100フィート（30メートル）、翼幅が62フィート（19メートル）が含まれています。ファントムエクスプレスは、元々スペースシャトル計画用に製造されたエアロジェットロケットダインAR-22エンジンを使用する予定でしたが、1回の打ち上げにつき500万ドル未満で10日間で10回再利用できるように改造されています。再利用により、衛星を安価かつ迅速に打ち上げることを目的としており、1回の打ち上げあたりのコストはさらに削減されます。この性能要件は、2018年7月に試験台で実証されました。 [ 25 ] 2020年1月22日、ボーイングのファントムワークス部門がこのプログラムでの役割を終了することが発表されました。ボーイングの代表者は、XS-1 プロジェクトへの投資は、航空、海上、宇宙領域に関連する他のボーイングのプロジェクトに振り向けられると述べた。[ 8 ] DARPA は、ボーイングが開発で達成したマイルストーンに応じて支払いを受けたため、返金を求めなかった。このプログラムは全く無駄ではなかった。実施された作業により、当時利用可能な技術が XS-1 プログラムと同様の新しいプロジェクトをサポートできることが証明され、技術的な障壁は存在しなかった。[ 26 ]
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