「大きなものから小さなものまで」柔軟な打ち上げを可能に

2014年度から開発が始まった、新型基幹ロケット「H3」。2020年度に試験機1号機が打ち上げられる予定で、現在活躍中のH-IIAロケットやH-IIBロケットの後継機となることが計画されている。

H3ロケットは宇宙航空研究開発機構(JAXA)と三菱重工業とが共同で開発を行っており、2015年度からはロケットの基本設計が始まっている。また7月2日には、それまでの「新型基幹ロケット」という呼び名に代わり、ついに「H3」という正式名称が与えられるなど、徐々にその姿が明らかになりつつある。

本連載では、H3の開発状況について、新しい情報などが発表され次第、その紹介や解説などを随時、お届けしていきたい。

第1回では、7月8日にJAXAが開催したH3ロケットに関する記者会見から、H-IIAロケットと現在の日本のロケット産業が抱えている問題について紹介、また第2回では、そうした背景を踏まえ、H3はどのようなロケットを目指すのか、その狙いについて紹介した。

第3回となる今回からは、いよいよH3がどんな姿かたちや性能をもち、どんな技術を使って造られるのかについて見ていきたい。

日本最大のロケット

現時点でのH3ロケットの想像図は、H-IIAロケットを拡大したような形をしている。実際、全長は63mと、H-IIAから10mも伸びている。

中心のコア機体の直径は5.2mで、これはH-IIBロケットの第1段と同じだ。初期の検討では「直径は4.5mから5mの間で検討中」とされていたが、最終的にそれよりも太くなった。これには、同じタンク容量でも、直径を太くすることで全長を抑えることができるといったメリットや、H-IIBで使っていたジグ(固定用の道具)などの設備を流用できるといったメリットがあると考えられる。

また機体が大きくなったことで、打ち上げ時に空気の抵抗や音などから人工衛星を守るための衛星フェアリングも、H-IIAより大きくなっている。なお、H-IIAではロケット本体よりも太いフェアリングや、衛星を2機搭載するためのフェアリングなど、さまざまな種類が用意されているが、あまり多いとコストが上がってしまうため、H3では種類を抑えたいとしている。

打ち上げ能力は、高度500kmの太陽同期軌道へは4トン以上、静止トランスファー軌道へは6.5トン以上の打ち上げを目指すとされる。

太陽同期軌道というのは地球を南北に回り、なおかつ太陽光の差し込む角度が一定となる軌道のことで、地表の観測に適しているため、地球観測衛星や偵察衛星がよく投入されている。H-IIAは、高度500kmの太陽同期軌道に対して約5トンの打ち上げ能力を持っているが、日本の地球観測衛星「だいち2号」や政府の情報収集衛星などは約2トンほどしかなく、また世界的にも4トン以上もあるような地球観測衛星はあまりないため、やや過剰性能であった。

ただ、これはH-IIAの性能設定が間違っていたというわけではない。H-IIAはもともと、後述する静止トランスファー軌道への打ち上げ要求に合わせて設計されたので、太陽同期軌道などへの打ち上げ能力が過剰性能になったのは仕方がないことだった。そこでH3では、打ち上げ能力をH-IIA以上に柔軟に変えられるようにすることで、静止トランスファー軌道以外への打ち上げにも最適化できるようになっている。ただ、「4トン以上」と説明されているように、今後、日本や世界の需要の変化などがあれば、目標値が若干増えることはあるかもしれない。

もうひとつの静止トランスファー軌道というのは、通信衛星などの静止衛星が打ち上げられる静止軌道の、ひとつ手前の軌道のことだ。多くのロケットは静止軌道に衛星を直接投入することができないため、まず静止トランスファー軌道に衛星を投入し、その後衛星自身がもつ小型のロケット・エンジンを噴射することで、目的地の静止軌道に乗り移る。

現在、H-IIAの標準形態である202型では4トン、最強形態である204型では6トンまでの静止衛星を打ち上げることができるが、第1回で触れたように、近年では7トン近くもあるような、H-IIAでは打ち上げられない衛星も出てきていることから、H3では6.5トン以上の打ち上げ能力を目指すことになっている。また6トン以上であれば、3トン級の中型衛星を2機同時打ち上げることも可能になる。具体的に最大何トンまで対応できるかは、今後の設計を進める中で決定されることになるだろう。

第1段ロケット・エンジンの装着数を変えられる独創的な設計

こうした、さまざまな軌道へ多種多様な人工衛星の打ち上げを行うため、H3は打ち上げ能力を柔軟に変えられるような設計になっている。

H-IIAでも、機体下部の両脇に装着されている固体ロケット・ブースター(SRB-A)の装着数を変えることで打ち上げ能力を変えられたが、これはH3でも継承された。ただ、以前H-IIAであった固体補助ブースター(SSB)などは設定されず、現在のH-IIAと同じ、2本か4本で選ぶことになる。また、打ち上げ能力が一番小さくなる構成では、固体ロケット・ブースターは装着すらされない。

そしてH3ではさらに、ロケット本体の第1段ロケット・エンジンの装着数を2基と3基で選ぶことができるようになる。

第1段エンジンの装着数を変えるというのは、古今東西見渡しても例がない、独創的な設計だ。これにより、より打ち上げたい衛星に合わせて、性能を柔軟に変えられるようになっている。ただ、その反面、生産にかかるコストが上がるという問題も生じる。エンジンを2基と3基で変えられるということは、ロケット下部の配管や電線などの配置や、エンジンが装着される部分の構造を、機体によって変えなければならないということになる。ある程度は共通化できるだろうが、製造や組み立てが複雑になることは避けられない。

JAXAの岡田プロマネによると「そこは天秤にかけた」という。つまり種類を増やすことによる生産コストの上昇よりも、打ち上げ能力を変えられることによるメリットのほうが大きいと判断されたということになる。

こうした種類を用意できるようにすることで、太陽同期軌道に3トンから4トンの衛星の打ち上げから、静止トランスファー軌道に6.5トン以上の衛星の打ち上げまで、H-IIAよりも幅広く対応できるようになる。また、具体的な質量の値は不明だが、たとえば宇宙ステーション補給機「こうのとり」や、あるいはそれをも超える十数トンあるような大型衛星を、地球低軌道に打ち上げるような特殊ミッションも可能だろう。また月・惑星探査機も、H-IIAより効率的に打ち上げられるようになり、またより大型の探査機の打ち上げも可能になるはずだ。

打ち上げ価格は最小構成で約50億円

最大の焦点は、はたしてH3はいくらになるのか、ということだ。第1回や第2回で触れたように、現在のH-IIAは世界的に高価であり、2020年代にはさらに安価なロケットが出てくると予想されていることから、H3はそれらライヴァルと対等に戦える価格を目指すとされている。

今回の記者会見では、最小構成で「約50億円」を目指すと明言された。最小構成というのは、第1段ロケット・エンジンが3基で、なおかつ固体ロケット・ブースターを装着しない形態のことで、予定されているH3の種類の中では、打ち上げ能力が一番小さい構成である。この構成では高度500kmの太陽同期軌道に4トン以上の衛星を打ち上げることができる。

現在のH-IIAの最小構成である標準型、もしくは202型と呼ばれている機体の価格は、約100億円といわれている。よくメディアの報道で「H3はH-IIAの半額」というキャッチーな言葉が使われているが、それはこの最小構成のことを指している。

ただ、世界の競合ロケットと比べるのであれば、第1段ロケット・エンジンが2基で、固体ロケット・ブースターを2基、ないしは4基装着する、静止衛星の打ち上げにとって標準となるであろう構成の価格を使わなければならない。しかし、記者会見では「国際競争力の観点から具体的な価格についてはお話しできない」と述べるにとどまった。

また「価格の話は三菱さんがこれから決めること」ともされたが、三菱重工は現在のH-IIAの価格も、やはり「国際競争力の観点から」という理由で明らかにはしていないため、最小構成以外のH3の価格が明らかになることはないかもしれない。

次回では、H3に使われる技術についてより細かく見ていきたい。

(続く)

参考

・http://fanfun.jaxa.jp/jaxatv/files/jaxatv_20150708_h3.pdf
・http://fanfun.jaxa.jp/jaxatv/detail/5003.html
・http://h2a.mhi.co.jp/service/manual/pdf/manual.pdf
・http://www.mhi.co.jp/technology/review/pdf/514/514038.pdf