「スターシップ」が初めて回収に成功しました！ 「箸でロケットを拾う」って何が難しいの？

米宇宙開発技術公社（スペースX）は13日東部時間午前8時半頃（北京時間13日午後8時半頃）、新世代の大型ロケット「スターシップ」の5回目の試験打ち上げを実施した。同社によれば、発射塔のロボットアーム（2本の金属製アームは「箸」として知られている）がスーパーヘビーロケットを無事に地球に固定したという。 「箸でロケットをつかむ」は航空宇宙工学技術における画期的な進歩とみなされている。

「箸ロケット」って何？

その日、「スターシップ」は宇宙に打ち上げられました。約2分後、第1段の「超重量」ロケットがスターシップから分離し、帰還を開始した。打ち上げから6分以上経って、ブースターは2本の巨大な金属アームの間に吊り下げられました。この新しいロケット回復モードは、今回の試験飛行の最大のハイライトとなった。

「メカジラ」と名付けられた巨大な「スターシップ」発射塔には3本のロボットアームが搭載されていると報じられている。 1つは「クイック ディスコネクト アーム」で、スターシップに燃料を補給し、打ち上げ前にロケットを安定させるために使用されます。残りの2本の36メートルのロボットアームはロケットを捕獲するために使用され、「箸」に例えられる。これらは、巨大なモーターで駆動され、発射塔を上下に移動できる超重量ウインチに取り付けられています。

この試験飛行の記録によると、着陸の最終段階で、「スターシップ」ブースターが地上から約2,000メートルの地点に達したとき、13基のエンジンが同時に始動し、ブレーキをかけて減速した。これらのエンジンは「ユニバーサル スラスト」機能を備えており、ノズルを回転させて方向を調整し、ブースターの姿勢と飛行軌道を制御できます。

一定の高度で着陸した後、外側のエンジンは停止し、中央の3つのエンジンが作動を続け、ブースターをさらに減速させて、2つの「箸」の間にほぼ垂直に着陸します。地上から約数十メートルの高度で、ブースターは発射塔の前で垂直に浮かんでいます。数秒のうちに、「箸」がわずかに動いてブースターグリッドフィンの下のピンをしっかりと掴み、エンジンが停止しました。

実際、このプロセスを「箸でロケットをキャッチする」と呼ぶよりも、「箸の上でロケットを止める」と呼んだほうが適切です。技術的な難しさは、ロボットアームの器用さや強さにあるのではなく、巨大なブースターを2本の「箸」の間に正確に浮かせる方法にある。少しでもずれると「箸」に当たってしまいます。

すぐに再利用できるように設計された「箸ロケット」

スターシップロケットの開発当初、スペースXはブースターを素早く回収し、燃料補給して再打ち上げするという「ラピッドリユース」というコンセプトを提案した。同社は同じブースターを使って1日に3回打ち上げるという目標を設定していた。

この目標を達成するには、ブースターを発射塔に戻し、現地でのメンテナンス、燃料補給、再打ち上げを行うことがほぼ唯一の選択肢となります。たとえ発射塔近くの着陸パッドに着陸したとしても、このような巨大なロケットブースターは、発射を待つために発射塔に送る前に、それを持ち上げて輸送するためのさらに巨大なクレーン、輸送車両、その他の機器が必要になることは避けられません。このプロセスには数時間かかる場合があります。海に落ちた物の引き揚げ、清掃、輸送はさらに複雑です。

同様に重要なのは、スペースXの既存の技術であるファルコン9ブースターの着陸脚が「使い捨て」であり、着陸のたびに検査と改修をしなければならないことだ。ファルコン9は燃料として液体酸素と灯油を使用するため、打ち上げの合間にエンジンを徹底的に洗浄する必要があり、着陸脚の交換に余分な時間はかかりません。 「スターシップ」は液体酸素とメタンを燃料として使用し、簡単なメンテナンスで再び打ち上げることができます。ブラケットを交換すると時間の無駄になります。

箸でロケットを拾うのはどれくらい難しいでしょうか？

「スターシップ」を掴むために使われるタワーはメカジラと呼ばれ、文字通り「機械のゴジラ」を意味します。ロボットアームは両方とも長さ36メートル、高さ18メートルで、700トン以上の荷重に耐えることができます。

4本の折り畳み脚を使って直接着陸するファルコン9ロケットとは異なり、スペースXは最初からスーパーヘビーブースターとスターシップ宇宙船用の着陸脚を設計していませんでした。

浙江大学航空宇宙学部の王慧全教授によると、「箸のリサイクル」には主に2つの利点がある。

まず、回収時にはロケットをロボットアームで空中に吊り下げ、ロケットの第1段と第2段を直接積み重ねます。すぐに燃料補給と簡単なオーバーホールを行い、そのまま再発射できるため、再利用の速度が大幅に向上します。

ファルコン9ロケットはもっと厄介だ。着陸後、多くの部品の修理、交換、検査を行うために工場に輸送し直す必要があります。さらに、「スターシップ」のメタンエンジンは燃焼後にほとんど残留物を残さないが、ファルコン9の灯油エンジンには大量のコークスと炭素の堆積物があり、洗浄して工場に返却する必要がある。

第二に、着陸脚をなくすことでロケットの積載量が大幅に増加し、より多くの人が、貨物も、燃料も運ぶことができるようになります。

「しかし、タワー奪取と回復を達成するには、まだ3つの大きな障害が残っている」と王慧全氏は指摘した。

まず、正確です。タワーの回復には非常に高い精度が必要です。ビデオから、ロケット本体の荷重支持点もロボットアームと一直線に並べる必要があることがわかります。少しでもミスをすると故障や衝突、爆発につながる恐れがあります。

第二に、強い。矢身の荷重支持点は十分に強度がなければなりません。 「箸」がロケットを壊してしまうと、再利用できなくなります。

3番目は安定性です。 2 本の「箸」は、矢を優しく受け止め、衝撃力を可能な限り最小限に抑えるために、強力な緩衝機能と衝撃吸収機能を備えている必要があります。

最初の4回のテスト飛行のレビュー

「スターシップ」ロケットは長さ約120メートル、直径9メートルです。それは2つの部分から構成されます。第１段は長さ約７０メートルの「スーパーヘビー」ブースターで、第２段は「スターシップ」宇宙船だ。どちらのステージも再利用可能です。このロケットは、地球の軌道、月、さらには火星まで人や貨物を運ぶように設計されている。

スターシップはこれまでに4回の軌道試験飛行を実施した。

2023年4月の初試験飛行中、ロケットは第1段と第2段の分離前に爆発した。

2023年11月の2回目の試験飛行では、ロケットの第1段と第2段の分離には成功したが、その後ブースターと宇宙船が相次いで爆発した。

2024年3月の3回目の試験飛行では、ロケットの第1段と第2段の分離は成功したが、ブースターは着陸と点火を試みた後に予期せず分解し、宇宙船は大気圏に再突入した際に連絡が取れなくなった。

2024年6月6日の4回目の試験飛行で、「スターシップ」は基本的にすべての事前設定されたプロジェクトの試験を完了し、「スーパーヘビー」ロケットは制御された軟着水に成功しました。スターシップ宇宙船のフラップは地球への帰還中に熱吸収タイルに損傷があったものの、インド洋への着水は成功したとみなされた。

出典: Huanqu.com、科技日報、中国ビジネスニュース、中国経済ネット