スペースX、回収したロケットの燃焼試験を実施 - 再使用打ち上げに向け前進

米国の宇宙企業スペースXは7月28日(米国時間)、今年5月に打ち上げた後、回収した「ファルコン9」ロケットの第1段機体が、再び打ち上げに使えるかどうかを確かめるための燃焼試験を行ったと発表した。同社は今年秋ごろにも、一度打ち上げに使ったロケットの再使用を行いたいと表明しているが、今回の試験によって、それが可能であることがほぼ実証された。

試験は発表と同日の米国時間28日に、テキサス州マクレガーにある同社の試験施設で実施された。試験されたロケットは、今年5月6日にスカパーJSATの通信衛星「JCSAT-14」を打ち上げたもので、離昇から約9分後に第1段機体は大西洋上に用意された回収船「もちろんいまもきみを愛している」号への着地に成功。その後、衛星の打ち上げにも成功している。

回収された第1段機体は、その後回収船に積まれたままフロリダ州の港に戻り、陸揚げされ、マクレガーの試験施設に持ち込まれた。

今回の試験では、エンジンは実際の打ち上げと同じ、約2分30秒にわたって燃焼が行われた。同社によるとこれまでに、回収した機体のエンジンを短時間燃焼させたことはあるものの、実際の打ち上げと同じ時間の燃焼試験を行うのは今回が初めてだという。

スペースXは今回の試験について詳細を明らかにしておらず、回収した機体にどの程度の整備を行ったのか、エンジンなど交換した部品はあるのか、コストはどれくらいかといったことは不明。試験の成否も明らかにされていないが、エンジンの燃焼は安定していたことなどから、おおむね成功したものとみられる。

JCSAT-14の打ち上げではロケットの性能をほぼ最大限使う必要があり、その分回収の難易度は高く、とくに大気圏再突入時の熱や、着地時の衝撃は、機体の限界に近いものだった。そのため、他の回収された機体よりも、エンジンをはじめ機体の各所に大きな負荷がかかっており、スペースXのイーロン・マスクCEOはこの機体を、設計寿命をすり減らした最長寿の機体という意味で「ライフ・リーダー」と呼んでいた。今回の試験でこのライフ・リーダーが、実際の打ち上げと同じ時間の燃焼に再度耐えられたことは、同社にとって明るいニュースとなった。

スペースXはこれまでに、合計5機のロケット回収に成功しており、今後も打ち上げのたびに回収が試みられる予定となっている。同社では今年の秋にも回収した機体の再打ち上げを行いたいとしているが、今回の試験により、それが不可能ではないことがほぼ実証された。

なお、どの機体を再使用するかはまだ明らかにされていないが、昨年12月に着陸に初成功した機体と、今回試験された機体については再使用されず、各種試験や、地上展示に供されることが明言されている。

ロケットの再使用によるコストダウンに挑むスペースX

スペースXは、ロケットの運用コストの大幅な削減を目指し、一度打ち上げたロケットを回収し、再び打ち上げに使う構想をもっている。これまでに実験機による試験などを経て、最近の衛星打ち上げでは、ロケットの第1段機体を陸上や船へ着陸させる試験がほぼ毎回行われている。

まず昨年末に、ケイプ・カナヴェラル空軍ステーションの発射場に程近い場所にある「第1着陸場」への着陸に成功したのを皮切りに、現在までに第1着陸場に2回、大西洋上の船の上へ3回、着地に成功している。

陸に戻すのと海上の船に降ろすのとでは、それぞれ長所と短所がある。陸に戻る場合、ロケットがエンジンを噴射してUターンし、それまで飛んできたコースを引き返す必要があり、その分推進剤に多くの余裕が必要となる。しかし、発射台や整備棟に近い場所に降ろせるため、輸送の手間がかからない。

一方、海上の船に降ろせるようになれば、Uターンする必要がなくなり、衛星の質量や打ち上げる軌道の都合で余裕が少ない場合でも機体を回収できるようになるため、再使用の頻度を上げることができる。しかし技術的な難易度は上がり、また船を運用したり、港で陸揚げしたりといった手間が増える。

基本的には、打ち上げる衛星の質量や打ち上げる軌道などから、ロケットに残るエネルギーの大小に応じて、陸と船のどちらに降ろすかを選択することになる。もっとも、船に降ろす場合はロケットに残る余裕が少なく、通常よりも速い速度で降下することになるため制御が難しく、また大気から受ける熱・圧力も大きくなるといった、難しい条件での着地を強いられることになる場合が多い。そこでスペースXでは通常は1基のエンジンで行う着陸時の噴射を、3基のエンジンで行うことで、急ブレーキをかけるようにして一気に降下速度を落とすといった新しい方法を導入するなどし、これまでまずまずの成功を収めている。

スペースXでは今後も2～3週間おきにファルコン9を打ち上げるとともに、回収試験も続け、そして今年の秋ごろには、回収したロケットの再使用に挑みたいと明らかにしている。

同社によると、ファルコン9の第1段機体を再使用することにより、打ち上げコストは30%削減できるという。また、第2段機体やフェアリングなど他の部分の再使用も検討されており、最終的には打ち上げコストを現在の1/100にすることを目指しているという。

【参考】

・Landed Falcon 9 First Stage Test Firing - YouTube
　https://www.youtube.com/watch?v=SZQY902xQcw
・SpaceX test fires returned Falcon 9 booster at McGregor | NASASpaceFlight.com
　https://www.nasaspaceflight.com/2016/07/spacex-returned-falcon-9-booster-mcgregor/
・SpaceX tests Falcon 9 ‘life leader’ at McGregor - SpaceFlight Insider
　http://www.spaceflightinsider.com/organizations/space-exploration-technologies/spacex-tests-falcon-9-life-leader-mcgregor/
・JCSAT-14 Mission in Photos | SpaceX
　http://www.spacex.com/news/2016/05/05/jcsat-14-mission-photos
・http://www.spacex.com/sites/spacex/files/spacex_jcsat_press_kit_final.pdf