「フェイク」も非常に強力で、航空宇宙シミュレーション製品は非常に便利です

最近、インド宇宙研究機関は、天候が許せば、再使用型打ち上げロケット（RLV）の縮小版の着陸試験を近々実施すると発表した。すべてが順調に進めば、インドのRLVの本格的なテストは2030年までに実施される可能性がある。

インドメディアが再使用型ロケットを公開

宇宙旅行はリスクの高い事業です。リスクを軽減するために、多数の航空宇宙シミュレーションが大きな役割を果たしてきました。研究者は、縮小版やシミュレーション版の宇宙船を各種使用することで、比較的低コストの飛行試験で設計ソリューションの問題を可能な限り発見し、実際の飛行環境に近い試験データを取得し、実物大の航空機を開発するリスクを軽減し、宇宙船開発の全体的なコストを削減することができます。

以下に航空宇宙の「偽物」を見てみましょう。

ミニスペースシャトル

実際、インドのRLVは宇宙船の「王冠」、つまりスペースシャトルです。インド宇宙研究機関の計画によれば、その質量は70トンを超え、全長は30メートルを超えることになる。インドは早くも2016年に、有人宇宙船計画のより大きな枠組みの下で、スペースシャトルの縮小版の飛行試験を成功させた。このプログラムはRLV-TDというコード名が付けられており、その主な目的は弾道飛行試験を完了し、スペースシャトルの空力形状、断熱システム、飛行制御システムなどの設計の正確さを検証することです。

インドのメディア報道によると、RLV-TDプロジェクトは5年かかり、総投資額はわずか9億5000万ルピー（約130万米ドル）だった。米国のスペースシャトルの建造費や研究開発費は何億ドルもかかることに比べれば、信じられないほど安い。外見からすると、RLV-TD は米国のスペースシャトルの小型版に過ぎず、質量は約 1.75 トン、全長は約 6.5 メートル、翼幅は約 3.6 メートルで、これは私たちが日常的に運転する SUV とほぼ同じ大きさです。

2016年、この縮小されたスペースシャトルはS-9固体ロケットの上に直接載せられ、高度64,800メートルまで打ち上げられました。放出・分離後、約770秒間飛行を続け、最高速度マッハ5.5に達した。しかし、RLV-TD の最終的な物理的な着陸は、発射地点から約 450 キロメートル離れた模擬滑走路の水上で完了しました。これは、スペースシャトルが独自の着陸装置を使用して空港の滑走路に着陸するところまで「あと一歩」の段階です。

インドメディアが再使用型ロケットを公開

インドが今年発表したテストは「このギャップを埋める」ことを目的としている。縮小されたスペースシャトルはヘリコプターの下に吊り下げられ、高度3,000～4,000メートルから放出される予定だと報じられている。その後、試験機はスペースシャトルの着陸軌道を参考に、着陸装置を使って指定された空港の滑走路に着陸します。

インドはスペースシャトルの開発に意欲的だが、現在のロケットの推力は70トンを超える重量のRLVを宇宙に打ち上げるには到底不十分で、2030年の本格的な試験の将来も不透明だ。明らかに、インドの有人宇宙飛行への道のりはかなり長いものとなるだろう。

ミニ宇宙飛行機

1990年代、米国は次世代のスペースシャトルを開発しました。その正式名称は「ベンチャースター」という愛称で呼ばれる無人単段軌道ロケット推進再使用型打ち上げ機でした。技術的リスクを軽減するために、米国はまずベンチャースターの半分の大きさのX-33プロトタイプを開発することを決定しました。

NASAの構想によれば、ベンチャーサットの離陸質量は1,180トンにも達し、乾燥重量は総離陸質量のわずか10%を占めるに過ぎず、その内訳は主構造が5%、エンジンが1.7%、サブシステムが1.3%、ペイロードが2%となっている。衛星が軌道上に打ち上げられれば、コストは90％削減されると予想される。しかし、そのためにはいくつかの重要な技術の画期的な進歩が必要であり、これらの技術が実物大の航空機で十分な性能と信頼性を発揮できるかどうかが、科学研究者が直面する難しい問題となっている。

この目的のため、NASAはまずX-33の縮小版を開発し、空気力学的プラグノズルエンジンを備えた揚力体構成、軽量複合構造（水素タンクなど）、熱保護技術、高効率運転技術など、ベンチャースターのいくつかの主要技術を検証することを提案しました。試験目標の1つは、7日以内に3回の連続飛行を達成することであり、そのうちの1回は2日以内に再度飛行することであると報告されている。

NASAの公開情報によると、X-33は全長20.29メートル（ノズルを含むと21.73メートル）、全高5.88メートル、翼幅22.06メートル、打ち上げ質量129.4トン（うち95.3トンは液体水素と液体酸素の推進剤）である。垂直離陸モードを採用し、高度7万9000メートル以下で1500キロ飛行した後、空港に水平着陸する。飛行速度はマッハ8～13.5になります。

X-33 コンセプトマップ

しかし、NASAは明らかに技術的な難しさを過小評価していた。開発過程で、スペースプレーンの縮小版では、軽量の層状複合材水素燃料タンクが不適格であったり、線形空力プラグ液体ロケットエンジン技術が基準を満たしていないなどの問題に遭遇した。この計画は結局、2001 年 3 月に中止されました。しかし、この小型宇宙飛行機は NASA の試行錯誤に 13 億ドルかかりましたが、当初予定されていたプロトタイプよりはるかに安価でした。

ミニ宇宙船

現在主流となっている有人宇宙船は宇宙船です。研究開発の過程で、各国は小型宇宙船を使って実験を行うことがよくありますが、私の国も例外ではありません。

2016年6月25日、長征7号ロケットの初飛行ミッション中に、多目的宇宙船の縮小型帰還カプセルが宇宙に打ち上げられました。約20時間の軌道上飛行の後、内モンゴルの東風着陸地点に無事着陸した。

新世代有人宇宙船の開発動向によると、各国が試験した小型宇宙船は、新しい構造、新しい材料、新しい用途などの分野を頻繁に探求しています。たとえば、小型宇宙船は、その「前身」の球形またはベル形の外観とは異なり、ほとんどが上が小さく下が大きい逆円錐形をしており、2キャビン構成を採用し、有人効率と空間利用率の向上に重点を置いています。

さらに、帰還カプセルは金属構造＋耐熱構造の二重構造設計を採用し、地上帰還後に耐熱構造を分解・交換することができ、再利用に有利となる。新世代の有人宇宙船は、一般的に部分的にリサイクル可能なモデルになると予想されており、運用コストを大幅に節約できるでしょう。

この小型宇宙船は人員を輸送するものではなく、空力測定センサーを搭載し、縮小された帰還カプセルの大気圏再突入時の表面圧力、温度、熱流などのデータを監視することに重点を置き、空力特性パラメータを取得し、将来の有人宇宙船帰還カプセルの空力形状設計のための貴重なデータを収集します。

模擬宇宙飛行士

「偽の」スペースシャトル、スペースシャトル、宇宙船に加えて、「偽の」宇宙飛行士も宇宙産業に多大な貢献をしてきました。公開情報によると、我が国の神舟2号、神舟3号、神舟4号宇宙船は宇宙ミッション中に模擬宇宙飛行士を乗せ、神舟8号宇宙船は初のランデブー・ドッキングミッションを遂行した。

模擬宇宙飛行士はボディダミーとも呼ばれます。彼らは、顔の特徴、頭、胴体、手足などすべて本物の人間と非常によく似ています。しかし、衣料品店のマネキンとは異なります。本質的には、座席に設置されたヒューマノイド型の感知・検出装置です。体格、質量、姿勢、重心などが実際の人間と似ています。また、人体代謝シミュレーション装置や擬人化生理信号装置も搭載しており、宇宙船の重量カウンターウェイト効果をテストすることができます。本物の宇宙飛行士が宇宙に行く前に、シミュレーション宇宙飛行士は動物よりも多くの利点を持っています。結局のところ、彼らの機能と身体的特徴は実際の人間に近いのです。

一般的に、模擬宇宙飛行士は、実際の宇宙飛行士の飛行状況に応じて、宇宙服の着脱条件を満たし、客室内で宇宙服を着用する必要があります。スーツには、心電図、呼吸、体温、血圧などの模擬生理信号を取得し、酸素消費量や脈拍など実際の人間に近い生理パラメータをリアルタイムで取得できる生理信号テストボックスが搭載されています。収集されたホストデータは地上に送信され、キャビン内の生活環境や信号伝送リンクなどが正常かどうかの評価や、次回の有人飛行の検証に活用されます。