マスク氏のスターシップの初飛行は成功だったのか、それとも失敗だったのか?

最近、SpaceXは新たな打ち上げテストを実施した。 4月20日、スペースXはスーパーヘビー・スターシップの組み合わせによる初の軌道クラスのテスト打ち上げを試みた。

周知のとおり、スーパーヘビー・スターシップの複合ロケットは、点火と打ち上げから約 239 秒後に爆発して分解し、いくつかのエンジンが停止し、ロケット本体は大きく傾いて回転しました。その光景は実に壮観だった。

打ち上げ前のスーパーヘビーとスターシップの組み合わせ（左）と打ち上げ失敗後の爆発（右）

画像出典: SpaceX

長らく準備されてきた試験打ち上げミッションはロケットの爆発で終わり、本来なら悲しい結末を迎えるはずだったが、マスク氏は非常に満足そうに見え、ツイッターでミッションチームを祝福するメッセージを送った。

それで、この試験発射は成功だったのでしょうか、それとも失敗だったのでしょうか?マスク氏はプライドが高すぎて自分の過ちを認められないのだろうか？

実際、マスク氏と彼のチームは、このテスト打ち上げミッションに対する期待を低く設定していた。彼は成功率がわずか50％であると見積もっていた。しかし、この試験打ち上げミッションは、SpaceXの惑星間旅行探査における新たな段階の始まりを示すものであるため、打ち上げが成功する可能性は低いにもかかわらず、宇宙愛好家たちの注目を集めました。

この時点で、一部の学生は混乱するかもしれない。2008年以来、マスク氏はグループを率いて何度も打ち上げ試験を行ってきたのだ。打ち上げと回収は成功したのではないですか？今回は何をするんですか？

この機会に整理してみましょう。

宇宙打ち上げには、ロケットと宇宙船という2つの主要な要素がある。

ロケットと宇宙船は、各国の宇宙打ち上げミッションにおける「標準構成」です。

我が国を例に挙げると、風雲気象衛星、北斗航法衛星、神舟有人宇宙船、嫦娥シリーズの月探査機、天問1号火星探査機、天宮宇宙ステーションなどはすべて宇宙船と呼ばれています。宇宙船は天体力学の運動法則に従って宇宙を飛行し、有人探査ミッションの遂行に使用されます。

研究開発の過程で、エンジニアは宇宙船が意図したミッションを完了できる能力を備えていることを確認するだけでなく、宇宙放射線、極端な温度環境、微小隕石による超高速の衝突に対して優れた耐性も備えている必要がありました。

嫦娥3号（左）、天宮1号（中央）、天文1号（右）

画像出典: cnsa

ロケットはこれらの宇宙船を安全に宇宙に送り出す乗り物です。宇宙船が重く、予定飛行軌道が高くなるほど、ロケットの総合的な能力に対する要件はより厳しくなります。大気圏内の飛行環境は真空中に比べてはるかに複雑であるため、宇宙打ち上げミッションにおいては、ロケットに点火して打ち上げた段階と、打ち上げ後2分間が最も事故が発生しやすい段階となります。

現在、世界各国は宇宙打ち上げミッションを確実に遂行するため、より強力なロケットの開発に全力を尽くしています。

神舟シリーズロケット（出典：中国百科事典データベース）

マスク氏のSpaceXは何をしたのか？

SpaceX は、米国宇宙機関 NASA によってサポートされ、成長している民間の商業航空宇宙サービスプロバイダーです。設立以来、その使命は再利用可能なロケットと貨物/乗組員宇宙船の開発です。

材料費の削減と再利用の実現は、宇宙打ち上げコストを削減するためのマスク氏の2つの魔法の武器です。

チタン合金やカーボンファイバーなどの航空宇宙材料は高価すぎると聞きましたが？じゃあステンレスを使ってロケットを作ろうかな！

ロケットを一度打ち上げてから廃棄するのは無駄が多く、費用がかかりすぎるのでしょうか?それでは、打ち上げたロケットを拾って使い続けます！

SpaceX の研究開発アプローチもシンプルで直接的です。 SpaceXはNASAの支援を受けて、一連の地上テストと打ち上げテストを迅速に完了した。

間違いがないように実験前に厳密なデモンストレーションを実施してほしいのですか?それは存在しません。ぜひ試してみてください。失敗した場合は、パッチを適用して再試行してください。この驚くべき「プログラマーがオンラインでバグを修正する」研究開発方法は何度も失敗し、SpaceXを破産の危機に追い込んだこともあったが、最終的にはかなりの成功を収めた。

スペースXの失敗

画像出典: SpaceX

2008年から2020年にかけて、数百回の反復テストを経て、SpaceXは貨物/有人ドラゴン宇宙船のパラシュート着水回収技術とファルコン9ロケットの逆推力垂直着陸技術を徐々に習得しました。マスク氏はドラゴン宇宙船とファルコンロケットの繰り返しのリサイクルを通じて宇宙打ち上げコストを大幅に削減し、商業宇宙の受注を大量に獲得し、一時期話題になった。

クルードラゴン宇宙船（左）とファルコン9ロケット（右）

画像出典: Wikipedia

スペースXのスターシップ初飛行テスト

マスク氏の野望はそれだけでは終わらない。彼が最終的に実現したいのは、火星への移住だ。しかし、宇宙船を火星に無事に輸送するには、スペースXの既存のファルコンロケットの推力では要件を満たすには程遠い。

このため、馬氏は再び反復的な進化を開始しました。27 基のラプター エンジンを搭載した重いファルコン 9 ロケットでは不十分なので、33 基の高出力ラプター エンジンを使用して「超重量」のファルコン ロケットを組み立てるのです。そうです、この新しいロケットはスーパーヘビーファルコンロケットと呼ばれています。超重量ロケットの上にある宇宙船はドラゴン宇宙船よりもはるかに大きく、スターシップと名付けられています。

2018年から2022年にかけて、SpaceXは30機以上のStarshipプロトタイプを製造し、多数の地上テストと大気圏内での飛行テストを実施し、Starshipの打ち上げと逆推力垂直回収技術を段階的に研究しました。今月の打ち上げ試験は軌道レベルの打ち上げミッションの初の試みであり、スターシップを打ち上げて低地球軌道付近の一定距離を飛行できるかどうかを確認するものである。

当初の計画によれば、スーパーヘビー・スターシップの組み合わせが打ち上げられた後、スーパーヘビー・ファルコンが最初に制御着陸を行い、スターシップは地球をほぼ一周飛行した後、回収のために海上に着水する予定である。

スーパーヘビースターシップの飛行計画

画像出典: 中国航空宇宙ニュース

しかし、打ち上げ当初、故障により機体が明らかに傾いていました。 67秒までに、合計6基のエンジンが停止していたことが判明した。その結果、宇宙船全体の推力のバランスが崩れ、ますます曲がって飛行し、ひっくり返ってしまい、ついには爆発してしまいました。最大飛行高度は39キロメートルだった。

↑↑↑点火から17秒後、組み合わせは正常に起動し、機体全体がわずかに傾き、3つのエンジンが最初に故障しました

画像出典: Space X

↑↑↑点火から1分47秒後、アセンブリが大きく傾き、6つのエンジンが故障し、漏れが発生しました

画像出典: Space X

↑↑↑点火から2分26秒後、コンビネーションは転がり始めた

画像出典: Space X

↑↑↑点火から3分59秒後、爆発が起きた。

画像出典: Space X

マスク氏にとっては、たとえスターシップが地上で爆発したとしても、それは許容範囲内（以前にも起こったことがある）であり、今回スターシップが長時間飛行した後に爆発したことは、すでに非常に良いことだ。

同時に、このテストは宇宙船の技術的ルートには一定の実現可能性があることを証明し、後期段階ではエンジンの制御不能な故障を排除するだけでよいことを示した。これが、マスク氏がこの初飛行の失敗を高く評価した理由だ。

最後の言葉

マスク氏と彼のスペースXは商業宇宙飛行の実験を続けている。この分野における我が国の進歩はどうでしょうか?

実際、わが国は1985年に早くも独自に開発した長征3号ロケットを国際商業航空宇宙市場に投入し、その後数年間にわたり外国の衛星の打ち上げに何度も成功し、一時は国際市場シェアの9%を占めるまでになった。しかし1999年、米国はいわゆるコックス報告書を発表し、中国が米国の宇宙技術を盗んだと非難し、中国製の米国製部品を使ったあらゆる衛星打ち上げミッションを禁止した。その後、中国の宇宙産業は長い衰退期に入り、2005年まで国際市場に参入することはなかった。

長征2号ロケットがヒューズの衛星を打ち上げる

画像出典: 中国ロケット技術研究院

それでも、中国の宇宙計画は有人宇宙飛行、月探査、深宇宙探査という偉業を達成した。中国の宇宙飛行士が最終的には独自の方法で新たな低コストの商業宇宙計画を模索するだろうと信じる理由がある。

参考文献:

[1] スペースXウィキペディア https://zh.wikipedia.org/wiki/SpaceX#SpaceX%E6%98%9F%E8%89%A6_2

[2] 「スターシップ」の初飛行の分析。中国航空宇宙ニュース https://www.163.com/dy/article/I3BM1G5L0552D3NO.html

[3] 1985-2015年：中国による商業宇宙飛行の初期の探査。チタン産業観察 https://k.sina.com.cn/article_6774587394_193cc000202000uwit.html

[4] 20年以上前、長征2Fロケットがオースター衛星を打ち上げました。契約が締結されたとき、ロケットはまだ設計段階にありました。中国ロケット技術研究院 http://calt.spacechina.com/n488/n754/c4237/content.html

著者: Liuhuo

兵器産業の研究所のエンジニア