GSLV Mk-IIIへ至る苦難の道

インド宇宙研究機関(ISRO)は2014年12月18日、新型ロケット「GSLV Mk-III」の試験打ち上げを実施した。人工衛星を軌道に乗せない打ち上げではあったが、ロケットは順調に飛行し、ミッションは成功した。またロケットの先端には、インドが開発中の有人宇宙船の試作機「CARE」も搭載されており、再突入とパラシュート展開などの試験も行われ、こちらも成功した。

今回は、このインドの最新鋭ロケットGSLV Mk-IIIと、有人宇宙船の開発計画について、2回に分けて解説したい。

GSLV Mk-IIIへ至る苦難の道

GSLV Mk-IIIは、インド宇宙研究機関(ISRO)が中心となって開発した大型ロケットだ。GSLVという名前はGeosynchronous Satellite Launch Vehicleの頭文字から取られている。少し意訳すると「静止衛星の打ち上げに特化したロケット」という意味になる。

名前にMk-IIIと入っているということからも分かるように、以前にISROは、初代のGSLVと、その改良型であるGSLV Mk-IIの2種類のロケットを開発したことがある。両者は打ち上げ能力こそ他のロケットと比べると低いものの、中型の静止衛星の打ち上げであれば十分な性能を持っており、インドにとっては、自力で静止衛星を打ち上げられる能力を持つ意義は大きかった。

GSLV1号機の打ち上げは2001年4月20日に行われたが、失敗に終わる。ロケットの第3段が予定より早く停止してしまい、計画より低い軌道に衛星を投入してしまったのだ。衛星側のスラスターで挽回することも検討されたが、結局は実現しなかった。

2003年5月に行われた2号機、そして2004年9月の3号機の打ち上げには成功したが、2006年7月10日に打ち上げられた4号機では、4基あるブースターのうち1基が離昇直後に故障し、ロケットは飛行経路を外れて爆発した。

2007年9月の5号機の打ち上げでは、ふたたび計画より低い軌道に衛星を投入してしまうが、今度は衛星側でリカヴァリーが可能だったため、ISROでは成功と位置づけている。

ここでGSLVには、大きな改良が加えられた。第3段に、インドが自力で開発したCSと呼ばれるロケットエンジンが装備されたのだ。それまでのGSLVではロシア製のKVD-1Mと呼ばれるエンジンが使われていたが、CSによってロシアへの依存から抜け出し、完全にインドの力だけでGSLVを飛ばすことを目指した。CSはKVD-1Mと同じ液体酸素と液体水素を推進剤として使用しており、また性能も瓜二つだ。CSエンジンを積んだGSLV Mk-IIと名付けられた。

GSLV Mk-IIの1号機、GSLV全体では6号機にあたるロケットは2010年4月15日に打ち上げられたが、まさにMk-IIの肝である第3段エンジンが点火2.2秒後に故障、打ち上げは失敗した。ISROはMk-IIの開発を続けつつ、在庫として残っていた従来型のGSLVを打ち上げることにした。しかし同じ年の12月25日に、GSLVの7号機として打ち上げられた従来型GSLVは、離昇直後にブースターが故障したため指令破壊され、失敗に終わった。

そして4年近い運用停止と改良期間を経た後、2014年1月5日にGSLV Mk-IIはふたたび打ち上げられ、今度は成功を収めた。今後も打ち上げは続けられる予定だが、安定して成功し続けられるかはまだ未知数だ。

一方で、昨今の静止衛星が大型化する流れの中で、GSLV Mk-IIの打ち上げ能力では力不足であることは、ISRO自身が何よりも認識していた。しかしGSLV Mk-IIをさらに改良したところで、大きく能力を向上させることは難しい。そこで2002年に、まったく新しい大型ロケットを開発することが決定された。それがGSLV Mk-IIIだった。

世界第一級の性能を持つGSLV Mk-III

そのような背景から、GSLV Mk-IIIは名前こそ受け継いでいるものの、初代GSLVやMk-IIとはまったく異なる姿かたちをしている。全長は43.43m、中心部分の直径は4m、打ち上げ時の質量は640tで、日本のH-IIAロケットと見比べると、全長は短く、一方で横幅は長いため、恰幅の良い格好をしているように見える。

打ち上げ能力は地球低軌道に8,000kg、静止トランスファー軌道に4,000kgで、これはH-IIAの標準型や、米国のデルタIVロケットの最小構成の機体、米スペースX社のファルコン9ロケットとほぼ同等だ。打ち上げ能力だけでいえば、世界第一級の性能を持っているといっても良い。

ロケットはまず両脇に大型の固体燃料ロケット「S200」を持ち、それらに挟まれる形で液体燃料を使うコア・ステイジの「L110」を持つ。その上に上段「C25」が載っており、さらにその上に衛星が搭載される。見た目はH-IIAや欧州のアリアン5ロケットといった機体と似てはいるが、実は両脇の固体ロケットのS200こそが、他のロケットでいうところの第1段に相当し、まずこの2基のS200だけに点火されて離昇し、中心のL110は空中で点火されるという、少し変わった飛行プロファイルを持つ。

S200は燃料に末端水酸基ポリブタジエン(HTPB)を用いるコンポジット推進薬を使っている。S200は1基あたりが全長が25.75m、直径が3.2mとかなり大型で、これほどの固体燃料ロケットを造ることができるというのは、インドがこの分野において高い技術力を持っていることを示している。

L110はヴィカス(Vikas)と呼ばれるロケットエンジンが2基並べて(クラスタ化されて)装着されている。燃料にはUH 25と呼ばれる、非対称ジメチル・ヒドラジン(UDMH)を75%、ヒドラジンを25%の比率で混ぜたロケット用燃料が使われており、酸化剤の四酸化二窒素との組み合わせで燃焼する。ヴィカス・エンジン自体はPSLVの第2段や、従来のGSLVのブースターや第2段として使われた実績があるが、燃料にはUDMHが使われており、UH 25が使用されるのはこのMk-IIIが初めてとなる。

C25はCE-20と呼ばれるロケットエンジンを1基装備している。燃料には液体水素、酸化剤には液体水素が用いられており、この組み合わせは性能が高いという特長を持つが、一方で開発や運用は難しく、前述のようにGSLV Mk-IIの1号機が失敗する原因ともなった。C25は現時点でまだ開発中で、今回の試験打ち上げでも実機は搭載されなかった。

GSLV MK-IIIは2002年5月にインド政府によって計画が承認され、開発が始まった。当初は2009年の完成を目指していたとされるが、まずロケットの構成を固めるのに4年かかったとされ、その後も新しく開発する必要のある技術が多いことから、開発はかなり難航したようだ。例えばS200は直径3.2m、全長25mもあり、スペースシャトルの固体ロケットブースター(SRB)に匹敵するほどの巨大なもので、そう簡単に造れるものではない。またL110におけるロケットエンジンのクラスタ化も、インドにとっては初めての試みであった。

遅れはしたものの開発は進められ、ようやく今回の初打ち上げにこぎつけた。

参考

・http://www.isro.gov.in/update/18-dec-2014/first-experimental-flight-of-indias-next-generation-launch-vehicle-gslv-mk-iii
・http://www.isro.gov.in/launchers/lvm3
・http://www.isro.gov.in/launchers/lvm3-x-care
・http://www.isro.gov.in/launchers/list-of-gslv-launches
・http://www.nasaspaceflight.com/2014/12/india-gslv-mk-iii-prototype-crew-capsule/