そして人類は2つの火星行きロケットを手に入れる

2015年9月20日、中国は新型ロケット「長征六号」の初打ち上げに成功した。長征六号に使われている技術は、世界的にも実用例が少ないきわめて高いものであり、またその技術を共有する、中型、大型のロケットの実用化に向けた先駆けとして、今回の打ち上げ成功は大きな意味をもっている。

第1回は長征六号を含む、次世代の長征ロケットが開発されるまでの経緯について、また第2回では、長征六号に使われている新開発のロケット・エンジンについて紹介した。そして第3回では、決まった部品の組み合わせだけで様々なロケットを造る「モジュール化」という技術の概要と、その技術が次世代長征ロケットにどのような形で取り入れられたかについて紹介した。

連載の第4回では、長征六号の性能や実力、今後の展望をはじめ、ロケット・エンジン以外の新しい技術、そして長征六号の先にある超大型ロケットについて紹介したい。

長征六号の実力

かくして開発された長征六号の打ち上げ能力は、高度700kmの地球を南北にまわる太陽同期軌道に最大1080kgとされる。これは日本の「イプシロン」ロケットや、インドの「PSLV-CA」ロケット、ロシアの「ローカト」ロケットに近い性能である。ただ、中国の内陸部から打ち上げる場合は、500kg前後にまで落ちるという。おそらく、地上局などの関係から、エネルギーのロスが多い飛行経路を取らざるを得ないためと思われる。

第2回、3回で紹介したように、第1段にはYF-100、第2段にはYF-115という、液体酸素とケロシンを推進剤とするエンジンを使用している。

一方で第3段のみ、過酸化水素とケロシンを推進剤に使う、小型のエンジン「YF-85」を4基装備しているといわれている。ただし、このことはロケットを開発した上海航天技術研究院などが発表している資料からは確認できないため、実際は違う可能性がある。事実、第3段には液体酸素・ケロシンの小型エンジンが使われているという説もあり、また今年9月に出回った、長征六号の第3段とされる機体の写真には、大きなノズルが1つ付いていることがわかっており、そもそも「小型のエンジンが4基」というのも間違いである可能性もある。

現段階では、どの情報が正しく、あるいは間違っているのかは不明である。あるいは何種類かあり、ミッションに応じて使い分けができるようになっているといった可能性もある。本件に関しては、新しい情報があり次第、またお伝えしたい。

過酸化水素とケロシンを使っていると仮定した場合、この組み合わせは触媒を介することで、混ぜ合わせるだけで自然に着火する性質(自己着火性)をもっている。そのため点火装置が不要になり、エンジンの軽量化、低コスト化が図れるほか、確実に点火することができるという利点がある。またエンジンの点火と停止を繰り返すことも比較的簡単にできるため、微調整によって軌道への投入精度を上げたり、複数の小型衛星をそれぞれ異なる軌道に投入したりといった、高い柔軟性、汎用性を実現することができる。

この自己着火性は、従来の長征ロケットで使われていた、四酸化二窒素と非対称ジメチルヒドラジンの組み合わせにもあるが、この組み合わせは推進剤自身にも、また燃焼ガスにも高い毒性がある。だが、過酸化水素とケロシンであれば、自己着火性はそのままに、環境や人体にやさしいロケットにすることができる。

この過酸化水素とケロシンという組み合わせは、過去に英国の「ブラック・アロウ」ロケットぐらいでしか実用化されたことはない。また過酸化水素は反応性が強いため、取り扱いも難しい。中国にとっては、従来の長征ロケットと同じヒドラジン系の推進剤を使い続けるほうが、多くの面で都合が良かったはずだが、あえて過酸化水素を選択したとしたら、そこには環境や人体への配慮と、新しい技術を積極的に取り入れる貪欲さがあると見て良いだろう。

新技術を積極的に取り入れるという点は、他にもさまざまなところで目にする。たとえば第1段の下部には、ガスを噴射することで機体の姿勢を制御する装置が付いているが、この噴射ガスは、YF-100のターボ・ポンプのタービンを駆動させたあとの、酸素リッチのガスの一部を抜き出すことで得られているとされる。また、酸素タンクの加圧も、多くのロケットではヘリウムが使われているが、長征六号ではエンジンで加熱された酸素ガスをタンクに戻し、その圧力を使って加圧させているという。

こうした技術は、長征六号を造り上げるために必要不可欠だったわけではない。たとえば、わざわざエンジンからガスを抜き出してこなくても、専用のガス・ジェット装置を積めば良かっただろうし、タンクの加圧もヘリウムを使えば十分である(*1)。しかし、これらの新技術がもし本当に導入されているのであれば、中国はあえて、難しいながらも、部品点数の削減により軽量化と信頼性の向上が見込める、合理的なやり方を採用していることになる。

また、打ち上げ準備や発射管制といった点にも新しい技術が投じられている。たとえば打ち上げは「TEL」と呼ばれるトレーラー型の車両から行うことができるため、専用の大規模な発射台を必要としない。

TELとはTransporter Erector Launcherの略で、その名の通り、ロケットを積んで目的地まで輸送(Transporter)でき、かつ発射角度に向けて立て(Erector)、発射(Launcher)まで行える車両のことである。TELはロシアや中国の弾道ミサイルの発射システムとしてはごく普通のもので、軍事パレードなどでもよく目にすることができる。

また発射や追跡の管制も、移動式の小規模な設備で可能だとされる。これら打ち上げシステムの省力化は、弾道ミサイルの技術から採られたものと考えられるが、こうした地上設備の簡素化により、打ち上げ準備にかかる期間は最短7日間という、即応性の高いロケットに仕上がっている。

小型衛星を即座に打ち上げられ、そして最適な軌道に正確に投入できることは、長征六号の最大の特長である。

近年、電子機器の小型化、高性能化などのおかげで、小型の衛星でも大型衛星とそん色のない性能を出すことができるようになった。また、小型衛星は比較的安く、短期間で造れることから、新しい技術の実証機として、大学や研究機関で小型衛星が積極的に活用されつつある。

新技術をふんだんに使った小型衛星を、長征六号を使って頻繁に打ち上げることができるようになれば、新しい技術の宇宙実証が進み、その成果は大型衛星にも活かされることになり、さらに若手の技術者の育成にも役立つなど、中国の宇宙産業全体が大きく発展することになるだろう。

そして人類は2つの火星行きロケットを手に入れる

第2回で触れたように、長征六号に使われているロケット・エンジンは高い性能をもっており、また長征五号のブースターや、長征七号のメインとブースターのエンジンとしても使われることになっている。今回の長征六号の打ち上げが成功したことで、2016年に予定されている長征五号と七号の初打ち上げに向けた関門も、またひとつ開かれたことになった。

そしてまた、中国は現在「YF-460」と呼ばれる、推力500トン級の、さらに強力なロケット・エンジンを開発しているとも伝えられる。

公開されている系統図からは、二段燃焼サイクルで、1つのターボ・ポンプで2基のエンジンを動かす仕組みを採用していることがわかる。おそらくロシアのRD-180を参考にしたと思われ、また実際にロシアからRD-180が輸入されたという話もあるが、RD-180の推力は4MNほどなので、やはりこれも単なるコピーではなく、推力を増す改良が加えられていると考えられる。ただし、現時点では情報があまりないため、その性能や、ロシアからの輸入が本当にあったのかなど、詳しいことはわかっていない。

この500トン級エンジンは、中国が計画中の超大型ロケット「長征九号」に使われるという。長征九号は、長征五号よりもさらに巨大なロケットで、かつてアポロ計画で使われた「サターンV」や、現在NASAが開発中の「スペース・ローンチ・システム(SLS)」に匹敵する能力をもつという。これが実用化されれば、有人の月探査や火星探査も視野に入ってくる。

長征九号は、現時点ではまだ検討段階で、正式なプロジェクトとして動いてはいない。また月や火星への有人飛行も同様に、構想の域を出てはいない。

しかし、もし長征九号が実現すれば、人類はSLSと同時に、火星まで人類を飛ばせる超大型ロケットを2つも手にすることになる。そう遠くないうちに、人類が火星の地面を踏みしめる日が来るかもしれない。あるいは両者が協力すれば、もっと遠くの世界に行くこともできるだろう。

中国のもつ技術にはそれだけの実力があり、その技術を正しい方向に発展させることさえすれば、それは可能なのである。

【脚注】

*1 ただ、ヘリウムの生産量の90%近くは米国が担っているため、入手が困難になることを見越して、ヘリウムをなるべく使わない仕組みを選択する必要があった可能性もある。

参考

・http://sinodefence.com/2015/09/20/cz6-takes-to-the-sky/
・http://www.casc11.com/news/show.asp?id=1258
・http://www.casc11.com/news/show.asp?id=1255
・http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MjMxOTcwMQ==&mid=208026368&idx=
4&sn=0a6c8cc52087aa0a9c5c3a73dcaef5c2&3rd=
MzA3MDU4NTYzMw==&scene=6#rd
・http://www.yhxb.org.cn/CN/abstract/abstract4417.shtml