長征6A号：我が国初の固体液体燃料ロケット

外国のロケットに詳しい友人なら、米国のアトラスVロケット、欧州宇宙機関のアリアン5ロケット、日本のH-2Bロケット、インドのGSLVロケットなど、固体燃料補助ロケットを搭載した外国のロケットには多くの種類があることを知っているはずだ。我が国の打ち上げロケットに搭載されるブースターは液体燃料が一般的だが、今年3月に打ち上げに成功した長征6Aロケットは我が国のこのギャップを埋め、固体燃料ブースターを搭載した我が国初の打ち上げロケットとなった。

長征6号改良型運搬ロケットが宇宙に打ち上げられる

14日間の迅速な立ち上げ目標を達成

2022年3月29日17時50分、長征6Aロケットは人工衛星2機を宇宙に打ち上げ、所定の軌道にスムーズに投入することに成功した。

長征6号とは異なり、長征6号Aのコアの第1段と第2段の直径はどちらも3.35メートルです。動力システムに関して言えば、「長征6号改」は、第一段に推力120トンのYF-100液体酸素/ケロシンエンジン2基、第二段に推力18トンのYF-115液体酸素/ケロシンエンジン1基を依然として搭載している。コアステージの側面には、直径2メートルの固体ブースターが4本束ねられています。ブースターには2段式120トン推力の固体ロケットエンジンが使用されています。フェアリングの直径は長征6号の2.6メートルまたは2.9メートルから4.2メートルまたは5.2メートルに拡大され、将来の大型ペイロードを搭載するのに十分なスペースが確保されています。

「長征6A」ロケットの全長は約50メートル、離陸推力は7230キロニュートン、離陸質量は約530トン。高度700キロメートルの太陽同期軌道まで4.5トンの積載能力を達成できる。

「長征6A」は我が国初の固体燃料補助ロケットを一体化した新世代長征シリーズロケットであり、液体ロケットエンジンの高性能、長時間稼働といった長所と固体ロケットエンジンの高推力、信頼性の高い運転、使用とメンテナンスの容易さといった長所を併せ持つ。 「長征6A」の4つの固体燃料補助ロケットは、離陸時にロケット全体の推力の約70％を供給した。

「長征6A」は固体ブースターを採用することで、モジュール化、統合化、シリアル化を実現した設計となっている。その後、ブースターの調整を通じて、さまざまな構成を形成し、幅広い運搬能力、合理的な傾斜、高い費用対効果を備えた一連の打ち上げロケットを作成し、将来の多様で集中的な衛星打ち上げニーズを満たすことができます。

固体ロケットエンジンは部品点数が少なく、構造が比較的シンプルで信頼性が高いなどの利点があり、「長征6号A」の機内配管システムは最大55％も「スリム化」されている。 「長征6号A」は、固体ロケットエンジンの操作やメンテナンスが容易で、保管時間が長いなどのメリットを活かし、最終的に発射場での固体ブースターの直接設置を実現し、ロケット目標地点での14日間の準備を経て、迅速な打ち上げの目標を達成しました。

統合エンジン健康診断システム

もちろん、固体ロケットモーターを使用することがすべて良いというわけではありません。固体ロケットエンジンの高推力は、より大きな振動ももたらします。さらに、固体ロケットエンジンの排気炎には高温の固体粒子が含まれており、ロケット底部の放射熱環境が大幅に強化されます。飛行中の固液二相エンジンの共同作動によってもたらされる複雑な力と熱環境を克服するために、長征6号Aの設計では、ロケット束の機械的環境条件とガス固二相ジェットの底部の熱環境を正確に予測する必要があります。

バンドルされた固体ロケットエンジンブースターの使用も、点火プロセスに変化をもたらします。つまり、ロケットの打ち上げ時には、まずキャリアロケットコアの第1段の液体ロケットエンジンに点火し、次に4つのブースターの固体ロケットエンジンに点火する必要があります。しかし、固体ロケットエンジンは一度点火すると停止することができないため、コア段の液体ロケットエンジンが故障した場合、ロケットを停止させて故障を解消する方法がありません。そのため、「長征6A」では、固体燃料補助ロケットに点火する前にコア段液体燃料エンジンの健全性状態を診断し、起こりうる問題をできるだけ早く検出する必要がある。

長征6号改良型ロケットに搭載された4つの固体燃料補助ロケット

このため、「長征6A」には、B5サイズの統合エンジン健康診断システムが搭載されており、エンジンパラメータを迅速かつ正確に収集し、リアルタイムで診断を行うことができます。このシステムは、コアステージ液体エンジンの点火後2.5秒でエンジン診断を開始し、0.3秒間の継続的な監視と診断を通じてエンジン障害の有無を判定します。エンジン故障と判断された場合、コアステージの液体エンジンを自動的に緊急停止し、固体ブースターの点火プログラムを遮断して、点火を防止します。

エンジン健全性診断システムの確実な動作を確保するため、状況を正確に判断できるよう初期段階で大量の基本的なエンジン動作データを収集するだけでなく、ロケット上に3セットの同一診断システムを構成し、エンジンの状態を同時に診断しました。 2 つ以上のシステム診断によって同時に障害が存在すると判断された場合にのみ、エンジン故障であると判断できます。

さらに、エンジン健全性診断システムは、長征6号Aのコアステージが動作する過酷な環境に適応する必要もあります。 「長征6号A」のコアステージエンジンは極低温液体酸素/ケロシンエンジンであるため、液体酸素の温度は-183℃です。このような低温環境の影響で、エンジン健康診断システム周辺の環境は-40℃に達しました。しかし、コアステージエンジンが点火されると、エンジン健康診断システム周辺の温度は急速に130℃まで上昇し、強い振動を伴い、作業環境は極めて過酷になります。

長征6号改良型ロケットの固体燃料補助ロケットの概略図

「スマート発射場」は護衛を提供する

「長征6号A」の確実な打ち上げを確保するため、太原衛星発射センター9A発射場に「スマート発射場」が特別に建設された。地上施設や設備からのデータをインターネット・オブ・シングス技術で一元的に収集・統合し、ビッグデータ技術でデータを整理・統合します。完全なシステム状況認識、完全なプロセスインテリジェント管理と制御、完全なプロセス駆動保証サポートを実現し、打ち上げ現場での固体ブースターの直接設置と14日以内の迅速な打ち上げを実現し、宇宙打ち上げの効率と安全性を向上させます。

9A発射ステーションでは、ロケットの打ち上げと点火までの4時間は無人状態を保つことができ、打ち上げ前の一連の操作は発射システムによって遠隔制御されます。これは、自動的にドッキングして燃料補給できる「インテリジェントロボットアーム」のおかげです。従来のロケットでは、推進剤を充填または放出する際、通常、現場での手動ドッキングと自動切り離しが使用されます。これには発射現場に常時誰かが待機している必要があるが、「インテリジェント ロボット アーム」が手動の役割を完全に代替する。このロボットアームは、雨、雪、霧などの複雑な気象環境でも目標位置を正確に捕捉し、荷重の変化や風の影響によるロケットのランダムな揺れを克服し、ロケットの充填バルブをリアルタイムで動的に測定・追跡し、正確なドッキングを保証します。