「ダークスター」は信頼できるのか？極超音速機の説明

アメリカの軍事大作『トップガン2』ではさまざまな戦闘機が登場するが、中でもスカンクワークス（ロッキード・マーティン社の先端開発プロジェクト組織）が開発した極超音速機「ダークスター」が注目を集めた。では、「Dark Star」が提示した技術的特徴は信頼できるのでしょうか?実際のプロトタイプはありますか?

「ダークスター」を分析する前に、まずはスカンクワークスが開発したSR-71について簡単に見てみましょう。この米空軍偵察機は、高高度および高速性能に重点を置いており、チタン構造、ターボジェット/ラムジェット可変サイクルエンジン、レーダー吸収材、内側に傾斜した二重垂直尾翼のステルス設計などの特徴を備えています。 SR-71は25年間の運用期間中に「4,000回以上のミサイル迎撃を逃れた」と言われており、長年にわたり最速の有人航空機であった。

「トップガン2」に登場した極超音速航空機「ダークスター」

しかし、SR-71 には 2 つの致命的な弱点があります。1 つは事故率の高さ、もう 1 つはコストの高さです。さらに、衛星などの新しい偵察方法が徐々に改善されるにつれて、SR-71 はコスト効率がどんどん低下し、最終的には 1998 年に退役しました。

それでもスカンクワークスは極超音速航空機を諦めておらず、SR-72航空機を開発中であるという噂は以前からあった。したがって、「ダークスター」は純粋な空想ではないかもしれないと結論付けることができます。

映画では、「ダークスター」は「マッハ10戦闘機」と設定されており、SR-71の最高速度マッハ3.32をはるかに上回る。これを実現するにはどうすればよいでしょうか?ダークスターの離陸とスプリントのプロセスを振り返ってみましょう。

ダークスターは、非常に鋭い機首と各翼の中央に配置されたエンジンを備えたアスペクト比の小さい航空機です。離陸の際、パイロットがスロットルバルブを一番下まで押し込むと、「ダークスター」エンジンのテールノズルからすぐに長い尾の炎が噴き出し、離陸前に滑走路上を長い距離滑走しました。注目すべきは、滑走路の端から小さな角度で離陸したとき、「ダークスター」が滑走路の端にある勤務室の屋根を吹き飛ばしそうになったことです。幸運なことに、パイロットは果敢に高迎え角上昇を実施したため、「ダークスター」には十分な運動エネルギーが残っていることが分かりました。

徐々に速度を上げてマッハ3.5を超えると、ダークスターの空気取り入れ口の仕切りが上がり、タービンエンジンからスクラムジェットエンジン部分へ気流が移されました。後者が始動すると、「ダークスター」の速度は瞬く間にマッハ7.1まで上昇し、機体は真っ赤になった。これは極超音速での衝撃波加熱の結果であるはずです。

最終的に、ダークスターの速度はマッハ10で安定し、テストは成功したように見えました。しかし、パイロットは依然としてスクラムジェットエンジンのスロットルを操作しており、ダークスターの速度は再び急上昇し、その後監視信号は失われた。

このプロセスにおいて、「Dark Star」に具現化された設計ロジックは概ね正しいと言えます。一方で、滑空距離は非常に長いです。なにしろ、これは設計速度がマッハ10の航空機であり、発生する揚力は一般的な翼の揚力ではなく、衝撃波なのです。比喩的に言えば、この航空機は衝撃波に「乗って」高速で前進していることになります。しかし、これらの航空機は低速では揚力が弱いため、加速するには長い滑走路が必要になります。

一方、ダークスターは、比較的低速飛行と高速飛行に対応するタービンエンジンとスクラムジェットエンジンを使用しています。実際には、米空軍は、より大きな積載量をより遠くまで推進し、従来の航空機のように離着陸できるデュアルサイクルジェット推進システムを開発している。

具体的には、空気吸入スクラムジェットは、空気が超音速で燃焼室を通過することを可能にするため、従来のジェットエンジンに比べて速度面で大きな利点があります。映画では、「ダーク・スター」はスクラムジェットエンジンを頼りにマッハ3の「壁」を難なく突破した。しかし、このタイプのエンジンは圧縮力を発生させるために高圧の空気の流れを必要とするため、離着陸などの低速状態ではうまく動作しません。つまり、最も先進的な空気吸入式スクラムジェット エンジンであっても、まず航空機で高高度まで輸送し、その後ロケットで加速して初速度を上げてスムーズに始動させる必要があるということです。

今年初め、米国防総省の国防高等研究計画局と防衛企業は共同で、空気吸入式極超音速兵器のコンセプト機の4回目の試験飛行を実施した。このプログラムは、所期の目的をすべて達成して成功裏に終了し、将来的には極超音速巡航ミサイルやその他の乗り物の開発につながることが期待されています。

この観点から見ると、映画の中でパイロットがパラシュートで降下する際の抜け穴を無視すれば、「ダーク・スター」はある程度現実的な技術的根拠を備えているが、実現するまでにはまだ克服すべき困難が残っている。 （著者：王倩、画像提供：トップガン2、審査専門家：中国航天科技集団科学技術委員会副委員長、蒋凡）