H3ロケット用として新たに開発されたML運搬台車が12月5日、担当メーカーである日本車輌製造の衣浦製作所(愛知県半田市)にてプレス公開された。これまで使われていた台車は三菱重工業(MHI)製だったが、今回はMHIが詳細仕様を決め、日本車輌製造が製造を担当した。今後、分割して種子島に輸送し、現地で最終調整を行う。

  • ML運搬台車

    公開された新型のML運搬台車。タイヤが56輪も使われている

  • 日本車輌製造の衣浦製作所

    日本車輌製造の衣浦製作所。主に橋梁の製造を行っている

まさに縁の下の力持ち

現在、日本のH-IIA/Bロケットの打ち上げでは、移動発射台(ML)の上にロケットを組み立てて行き、打ち上げの半日ほど前に、大型ロケット組立棟(VAB)から射点まで移動させる方法が採用されている。ここで、ロケットを移動発射台ごと射点まで運ぶのが、今回公開されたML運搬台車の役割である。

  • のH-IIBロケット初号機

    VABから出た直後のH-IIBロケット初号機。約30分かけて射点まで運ぶ

  • ML運搬台車

    移動発射台の下に見えるのがML運搬台車だ。2台1セットで使われる

大型ロケットの打ち上げで使用されている宇宙航空研究開発機構(JAXA)種子島宇宙センターの吉信射点は、前世代のH-IIロケットの時代に整備された。H-IIのときはレール方式でロケットを運んでいたが、H-IIAで射点が1つ追加され、S字カーブの走行も必要になったことから、柔軟な多軸制御が可能なタイヤ方式を導入したという経緯がある。

2020年度の初打ち上げを目指し、現在開発が進められているH3ロケットでも、この方式を踏襲する。VABや射点など、既存設備を改修の上、なるべく流用することで、全体の開発コストを抑える方針。ただ、機体が大型化するH3ロケットでは、専用の移動発射台を新開発する必要があり、それを運ぶ台車も新しく製造することになった。

新型台車の全長は25.4m、全幅は3.3m。移動発射台の下に潜り込んでから持ち上げて運ぶため、全高は2.84~3.44mと、60cmの昇降ストロークがある。重量は約150t。移動発射台の運搬では、左右に1台ずつの2台を使用し、最大1,460tもの重量を支えることができる。積載時の最高速度は時速2kmだが、単独時には時速3kmまで出すことが可能だ。

  • 青色の部分が油圧シリンダー

    青色の部分が油圧シリンダー。これが伸縮することで車高を変える

タイヤは14軸56輪の構成。隣接するタイヤ2輪で1ユニットとなり、ユニットごとに操舵することが可能だ。ディーゼル発電機を搭載し、走行も操舵も電動で行う方式になっている。振動を吸収するために、タイヤはウレタンゴム製。ただ重量物を搭載するため、特注の固いウレタンゴムが使われており、積載時でも数mm程度しか凹まないそうだ。

  • 14軸のタイヤがズラリと並ぶ

    14軸のタイヤがズラリと並ぶ。1軸あたりのタイヤの数は4つだ

  • 2輪で1ユニットを構成する

    2輪で1ユニットを構成する。ユニットあたり44tの荷重に耐えられる

  • ユニットごとに、自由に角度を変えられる

    このような動きも。ユニットごとに、自由に角度を変えられる

  • ユニットは3種類ある

    ユニットは3種類ある。右から、制動用、駆動用、制動/駆動無し

自動運転の仕組み

ロケットの搬送時、運転は基本的に自動で行われる。誘導制御のため、走行路にはマグネットが埋設されており、台車下部にある幅50cmの磁気センサーで読み取り、位置ズレを修正する仕組みだ。台車の運転席に人間は座っているものの、役割はモード切替や緊急時対応のみとなっており、ほとんどやることはない。

  • 鉄板上にマグネットのラインが見える

    鉄板上にマグネットのラインが見える(実際の射点はアスファルトになる)

  • 中央が磁気センサー

    中央が磁気センサー。今は上がっているが、走行時には地面まで下がる

  • 奥側の台車「LT4」の運転席に人がいる

    奥側の台車「LT4」の運転席には人がいるが、手前側の「LT3」は無人

  • 運転席

    運転席には、タッチパネルのほか、ジョイスティックやペダルも装備

あれほど巨大なロケットを運びつつ、停止位置は前後左右に±25mmという、高い精度が求められる。射点には、燃料などの配管がいくつも来ており、それを繋げるために、移動発射台を正確な場所に止める必要があるからだ。また、華奢なロケットを優しく運ぶために、加減速も0.08G以下という厳しい制約が設けられている。

新型台車の特徴として、MHI地上システムプロジェクトマネージャの長田真治氏が強調したのは、信頼性の高さだ。ロケットをオンタイムで打ち上げるためには、スケジュールで決められた時間に、きっちり動かせることが重要。そのために冗長化するなどし、「運搬中に故障しても30分以内で復旧できるようさまざまな工夫を施した」という。

  • MHIの長田真治氏

    MHIの長田真治氏(地上システムプロジェクトマネージャ)

そのほか、メンテナンス性なども向上。セルフチェック機能を強化することで、維持費の半減も目指しているそうだ。

そして、「子供達にも格好いいと思ってもらえるよう、今回はデザインにも気を遣った」(同)とのこと。MRJなどのデザインも手がけた同社の先進デザインセンターが監修。機能が優先するためデザイン上の制約は大きかったものの、ブルー、ブラック、ホワイトの3色を基調カラーに、強固感や安定感を演出した。

  • ブルーはJAXA、ブラックは宇宙空間、ホワイトは先進性・未来感をイメージ

    ブルーはJAXA、ブラックは宇宙空間、ホワイトは先進性・未来感をイメージ

当日は自動運転のデモも

日本車輌製造のML運搬台車プロジェクト長である角田保氏によれば、実際の製造では「とにかく軽量化が必要だった」という。H3ロケット用の新型台車では各部の強度アップが必要だったものの、既存設備の制約のため、サイズや重量はあまり変えられない。そのため、「FEM解析によるフレーム設計を行い、徹底的に軽量化を図った」とのこと。

  • 日本車輌製造の角田保氏

    日本車輌製造の角田保氏(ML運搬台車プロジェクト長)

また前述の冗長性については、故障モードをFMEA(故障の影響解析)やFTA(故障の木解析)などの手法で検討。その結果として、ディーゼル発電機を4台、油圧ポンプを2台搭載した(どちらも1台故障しても走行の継続が可能)。また2台の台車にはそれぞれ運転席があり、どちらからでも制御が可能な構成になっている。

走行機能をテストするため、衣浦製作所の敷地内にS字ルートの走行路を再現。敷地の制約上、直線部分が短く、コースの長さは150mほどしかないものの(実際の吉信射点は約500m)、これまで模擬MLを使った搬送試験を実施してきた。

今回の公開では、VABの場所から模擬MLを運び、射点の場所に設置してから、またVABの方に戻る様子が披露された。このデモにおいて、台車は直線で時速0.3km、S字カーブで時速1.0kmの走行をしていたが、これは直線が短いためで、実際の射点では直線で時速2.0kmになるとのこと。

  • 模擬MLを2台で運ぶ

    模擬MLを2台で運ぶ。この上にロケットが乗っている想定

  • S字コーナーを走行しているところ

    S字コーナーを走行しているところ。ゆっくりと運ぶ

  • 模擬MLを置いたところ

    射点に到着し、車高を低くして、模擬MLを置いたところ

  • 帰りは奥側のLT4のみ

    帰りは奥側のLT4のみ、自動運転でVABに戻っていった

なお、模擬MLを置いた後の走行では、LT4のみ運転されていたが、これは、マグネットの誘導路がLT4側にしか用意されていないため。搬送時は移動発射台内部の配線を介して2台を同時にコントロールできるが、移動発射台から離れた単独運転になると、LT3は手動で運転するしかないということだ。

H3ロケットの開発状況

前述のように、H3ロケットは既存の設備をできる限り流用して、開発コストを抑える方針。現在、吉信射点には2つの射点(LP1/LP2)と2つの組立室(VAB1/VAB2)があり、LP1/VAB1をH-IIAが、LP2/VAB2をH-IIBが使用しているが、H3ロケットはH-IIB用のLP2/VAB2を改修して利用する計画だ。

  • JAXAの服部昭人氏

    JAXAの服部昭人氏(射場技術開発ユニット技術領域主幹)

  • 射場の整備計画

    射場の整備計画。赤枠が新製で、青枠が改修/流用だ

移動発射台は、H3用に新製する。従来は移動発射台の上面にロケットを乗せていたが、それだと大型化した機体がVABに入らなくなるため、H3では移動発射台にめり込むような形式になる。開口部を大きくし、噴煙で焼損する部分を最小化することで、整備期間の短縮も狙う考えだ。

すでに工場での製造が終わり、11月末までにすべての部品が種子島に到着。現地での工事が始まったところだ。完成した移動発射台を新型台車に乗せた状態で行う走行試験は、2019年5月に実施する予定だという。

また、これまではVABの隣にあった発射管制棟(LCC)は、制限区域外の竹崎地区に移設。各種点検機器を打ち上げ制御システムに統合することで、運用人員や装置を削減する計画だ。これは今年3月に建屋が完成しており、現在、機材の据え付けや配線などを行っているところだ。2019年夏には完了する予定。

  • 機体と設備の開発状況

    機体と設備の開発状況。2020年度に向け、着々と準備が進んでいる

ロケット本体については、現在、第1段エンジン「LE-9」、固体ロケットブースタ「SRB-3」の地上燃焼試験が行われているところ。今後、模擬タンクとエンジンを組み合わせるBFT(厚肉タンクステージ燃焼試験)を2018年度、実機相当のタンクとエンジンを組み合わせるCFT(実機型タンクステージ燃焼試験)を2019年度に行う予定だ。

なおロケットの形態は当初、4種類が提案されていたが、11月29日に開催された宇宙開発利用部会において、3種類に統合されたことが明らかになっている。

H3ロケットは、LE-9の基数とSRB-3の本数を変えることで、打ち上げ能力を柔軟に変更できる。これまでは、SRB-3無しのH3-30形態とSRB-3が4本のH3-24形態の間に、SRB-3が2本のH3-22形態(LE-9×2基)とH3-32形態(LE-9×3基)があったが、H3-32を廃してH3-22に統合する。これにより、生産計画が簡素になる利点が大きいという。

  • H3-22の打ち上げ能力が当初の想定より高く、それでも不足する部分は軌道調整でカバーできるという

    H3-22の打ち上げ能力が当初の想定より高く、それでも不足する部分は軌道調整でカバーできるという (C)JAXA