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宇宙のはなしと、ときどきツーリング

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ボーイングの新型宇宙船“スターライナー”は2020年の後半に再飛行へ! 試験飛行の事故調査は完了。

2020年07月28日 | 宇宙へ!(民間企業の挑戦)
2020年7月8日にNASAとボーイングが発表したのは、昨年12月に発生した新型宇宙船“スターライナー”の無人飛行におけるトラブルの調査が完了したことでした。
改善勧告を受けた項目は80か所もあるんですが、もちろんボーイングは対処していく予定。
対処を行ったのち、2020年後半にも再度、無人試験飛行に挑むことを計画しています。
ボーイング社が開発している有人宇宙船“スターライナー(旧CST-100)”のイメージ図(Credit: Boeing)
ボーイング社が開発している有人宇宙船“スターライナー(旧CST-100)”のイメージ図(Credit: Boeing)


無人の飛行試験でトラブルに見舞われた“スターライナー”

“スターライナー”は、ボーイング社が開発している有人宇宙船で、国際宇宙ステーションへの宇宙飛行士の商業輸送を目的としています。

無人の飛行試験“OFT(Orbital Flight Test)”のため宇宙へ飛び立ったのが2019年12月20日。
当初は8日間かけて様々な試験を行い、国際宇宙ステーションへのドッキングまで行う計画でした。

でも、打ち上げ直後にトラブルが発生。
予定していた軌道への投入ができず、国際宇宙ステーションへのドッキングを断念します。

飛行も2日間で切り上げることになり、最低限の試験を行ったのみ… 12月22日に地球に帰還する事態になりました。
無人の飛行試験“OFT”のため宇宙へ飛び立ち、地上に帰還した“スターライナー”の試験機。当初は宇宙に8日間滞在する予定だったが、トラブルにより計画は2日間で切り上げられた。(Credit: NASA)
無人の飛行試験“OFT”のため宇宙へ飛び立ち、地上に帰還した“スターライナー”の試験機。当初は宇宙に8日間滞在する予定だったが、トラブルにより計画は2日間で切り上げられた。(Credit: NASA)
帰還後の調査で判明したのは、“スターライナー”のコンピュータがミッションの経過時間を間違って認識していたこと。
その結果、予定していたスラスターの噴射が行えず、地球を回る軌道への投入に失敗したわけです。

その後、地上からのコマンドで修正されたものの、それまでに大量の推進剤を浪費していたので、国際宇宙ステーションへのドッキングができなくなってしまいました。

また、ソフトウェアの欠陥により、大気圏再突入の直前、宇宙飛行士が乗るクルー・モジュール(カプセル)と、サービス・モジュール(機械船)を分離した際に、スラスターが間違った向きに噴射される可能性があったことも判明。

最悪の場合、クルー・モジュールとサービス・モジュールが衝突し、姿勢が乱れたり、耐熱シールドを破壊することで、再突入が失敗に終わる危険もあったようです。

さらに、宇宙船から地上に向けた通信リンク(ダウンリンク)が断続的になるトラブルも発生。
これにより、地上から宇宙船にコマンドを送ったり、制御したりする運用に影響が出たそうです。

こうしたトラブルを受けて、NASAとボーイング社は共同で調査を実施し、80項目にも及ぶ改善勧告を作成しています。

勧告の全リストは機密により非公開とされているものの、項目の内訳は以下の通り。
試験やシミュレーションの追加や強化 21項目
プロセスと運用の改善 35項目
ソフトウェアの修正 7項目
要求事項 10項目
知識獲得とハードウェアの修正 7項目

両者の調査チームは、技術的な原因だけでなく、ボーイング社とNASAのそれぞれ、また両社間における組織的な原因についても調査を行い、提言を行っています。

すでに、ボーイング社は2回目の無人飛行試験“OFT-2”の実施を発表しています。
現時点での“OFT-2”実施予定は今年の後半、それまでに勧告への対処が行われることになります。
具体的な日時については未定で、“OFT-2”にかかる費用はボーイング社が負担する。

NASAでは、今年末までに“OFT-2”が実施され、今後の開発や試験が順調に進んだ場合、有人での飛行試験は2021年の春ごろになると考えています。


有人宇宙船“スターライナー(旧CST-100)”

ボーイング社の商業用旅客機“ストラトライナー”や“ドリームライナー”に連なる名前が付けられた有人宇宙船“スターライナー”。

スペースシャトルのような翼は持たず、アポロ宇宙船やスペースX社の“クルードラゴン”と同じカプセル型の宇宙船です。
クルー・モジュールと呼ばれる宇宙飛行士が乗り込む部分と、スラスターやタンク、バッテリーなどが収められたサービス・モジュールの2つから構成されています。

機体は、アポロ宇宙船よりは大きく、NASAの有人ミッション用宇宙船“オライオン”よりは小さい全長約5.0メートル、直径約4.5メートル。

クルー・モジュールに搭乗できる宇宙飛行士は最大で7人。
耐熱シールド以外の主要な構造物は、最大で10回の再使用を可能としています。

サービス・モジュールには、発射台や飛行中のロケットから脱出する際に使う4基の強力なスラスターのほか、姿勢制御や軌道変更に使うスラスターが集まったポッド、そして太陽電池などを装備しています。

宇宙に滞在できるのは、宇宙船に7人の飛行士が搭乗した場合だと約2か月間、国際宇宙ステーションにドッキングした状態では210日間ほどになります。

スペースシャトルの引退以降、NASAは月や火星、小惑星などの、より遠い目標に集中することになり、国際宇宙ステーションのような地球低軌道への宇宙飛行士の輸送を、民間企業の手にゆだねるという路線をとっています。

この国際宇宙ステーションへの宇宙飛行士の商業輸送契約をNASAから受注したのが、スペースX社とボーイング社です。

とくにスペースシャトル引退後、アメリカは国際宇宙ステーションへの宇宙飛行士の輸送をロシアのソユーズ宇宙船に依存していて、自前の輸送手段を確保するためにもアメリカの民間宇宙船の完成は急務になっていました。

ただ、ボーイング社の“スターライナー”が足踏みしている一方で、昨年3月に無人での飛行試験に成功しているのがスペースX社が開発している有人宇宙船“クルードラゴン”です。

今年の5月には、2人の宇宙飛行士を乗せ、初の有人での飛行試験に飛び立ち、国際宇宙ステーションにドッキング。
飛行士2人を乗せた“クルードラゴン”は8月2日に無事フロリダ沖に着水し、最終テストミッションを成功させています。

“クルードラゴン”の本格運用の初号機には、JAXAの宇宙飛行士の野口さんら4人が搭乗し、打ち上げは10月23日を予定しているそうです。
民間宇宙船による、国際宇宙ステーションへ向けた定期的な宇宙飛行士の商業輸送が始まることになります。


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目指すは2021年の初打ち上げ! 小型スペースシャトル“ドリームチェイサー”の挑戦

2020年01月08日 | 宇宙へ!(民間企業の挑戦)
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シエラ・ネバダ社が開発を進めている有人宇宙船が“ドリーム・チェイサー”です。
小さいながらも翼を持っていて、スペースシャトルのように宇宙から滑走路に着陸し、何度も再使用できる有翼宇宙往還機。
2021年には、貨物輸送用の無人“ドリーム・チェイサー”の初打ち上げが行われるようです。


小型スペースシャトル“ドリーム・チェイサー”

“ドリーム・チェイサー”はシエラ・ネバダ社が開発している有翼宇宙往還機。
スペースシャトルのような翼を持ち、地球と宇宙を往復飛行でき、さらに15回以上の再使用ができる能力を持った小型シャトルです。

製造はロッキード・マーティンが担当し、社内にある特別開発チーム“スカンク・ワークス”が培ってきた技術が、活用されるそうです。

全長は約9メートル、翼の長さは約7メートルで、スペースシャトルの4分の1ほどという小ささ。
翼は空母艦載機のように折りたたむことができ、既存のロケットのフェアリングの中に収められて打ち上げられます。
有人宇宙船版の“ドリーム・チェイサー”はアトラスVロケットの先端にむき出しの状態で搭載される設計だった。

帰還時には翼を広げ、スペースシャトルが着陸していたケネディ宇宙センターのシャトル着陸施設(滑走路)に着陸することになります。
“ドリーム・チェイサー・カーゴ・システム”のイメージ図。(Credit: SNC)
“ドリーム・チェイサー・カーゴ・システム”のイメージ図。(Credit: SNC)
現在開発が進んでいるのは、“ドリーム・チェイサー・カーゴ・システム”と呼ばれる無人の補給船。
シャトル型の機体の後部には“カーゴ・モジュール”を持っていて、機体と“カーゴ・モジュール”を合わせると与圧物資を約5000キロ、非与圧物資を約500キロ、合計で約5500キロの物資を国際宇宙ステーションに運ぶことができます。

また、シャトル型の機体を活かして、約1750キロの物資を国際宇宙ステーションから地球に持ち帰ることもできます。

特に注目すべき点は、“ドリーム・チェイサー”は翼を使って大気圏内を滑空飛行し、滑走路に着陸することができること。
これにより、搭載物にかかる加速度は1.5Gと小さくなるので、壊れやすい物資なども安全に持ち帰ることができるんですねー
さらに、着陸後すぐに持ち帰った物資を取り出せるという特徴も持っています。

もちろん、国際宇宙ステーションからの物資回収は、スペースX社の“ドラゴン”補給船でも行えます。
でも、“ドラゴン”補給船はカプセル型なので加速度が大きく、また海に着水するため、“ドリーム・チェイサー”のこうした特徴は唯一無二のものになります。

なお、“カーゴ・モジュール”は使い捨てで、帰還時には国際宇宙ステーションで発生したゴミなどを搭載。
シャトルとの分離後には地球の大気圏に再突入し、ゴミと共に燃え尽きることになります。


有人宇宙船から無人補給船へ

国際宇宙ステーションへの物資輸送を行うため開発が進められている“ドリーム・チェイサー”。
もともとはNASAの「民間企業による有人宇宙船の実用化を支援」計画の下で、開発が進められていた宇宙船のひとつでした。

カプセル型宇宙船になるスペースX社の“ドラゴンV2”やボーイング社の“CST-100”とは異なり、スペースシャトルに似たリフティング・ボディを持つ“ドリーム・チェイサー”。
ベースになったのは、かつてNASAのラングレー研究所が国際宇宙ステーションからの緊急帰還用として開発を進めていた、“HL-20”という宇宙船でした。
“ドリーム・チェイサー”のイメージ図。(Credit: SNC)
“ドリーム・チェイサー”のイメージ図。(Credit: SNC)
“ドリーム・チェイサー”の源流は、1960年代のソ連で開発されていた実験機“BOR”にまでさかのぼることができます。
1986年になり、“BOR”とNASAなどがかねてより研究していた、胴体そのものが揚力を生む“リフティング・ボディ”機との融合が図られ、国際宇宙ステーションの脱出艇“HL-20”の開発を開始。
でも、1990年には資金難により開発は中止… 以来、“HL-20”の存在は長らく忘れ去られることになります。

2005年になり、スペースデブ社というベンチャー企業が“HL-20”の研究成果や試験機などを受け継ぎ“ドリーム・チェイサー”としてよみがえり、2008年にはスペースデブ社をシエラ・ネバダ社が買収して現在に至っています

このような経緯から分かるように、もともと“ドリーム・チェイサー”は有人宇宙船として開発されていて、シエラ・ネバダ社も当初は国際宇宙ステーションへの宇宙飛行士の輸送用としてNASAに売り込んでいました。

地球低軌道まで7人の乗員が輸送でき、滑走路へ着陸できる上に、再使用も可能。
そして輸送能力の高さからも“ドリーム・チェイサー”は注目されていました。

実際にNASAからの発注が行われるまでには、ラウンド形式でいくつかの審査が行われています。
その最終候補まで残った“ドリーム・チェイサー”ですが、最終的にNASAがこの計画で選んだのはボーイング社とスペースX社。
ここで、小型のスペースシャトルが宇宙へ行くチャンスは途切れてしまうことに…

でも、シエラ・ネバダ社は諦めていませんでした。
“ドリーム・チェイサー”を貨物専用にした“ドリーム・チェイサー・カーゴ・システム”を発表するんですねー

この機体で、NASAによる国際宇宙ステーションへの貨物輸送を民間に委託する計画“商業輸送サービス2”の契約獲得を狙い、2016年見事に勝ち取ることになります。

一方、開発はやや遅れていて、2013年に実施されたヘリコプターを使った滑空試験飛行では着陸に失敗。
2013年10月の試験飛行では、順調に滑空飛行していたが左側の車輪が出ず着陸には失敗。左側の翼を擦る形で着陸している。2017年11月に実施された滑空試験飛行に成功している。
その後、設計が二転三転するなどして、当初2019年の打ち上げ予定が、2021年までズレています。
2017年11月に行われた2度目の滑空試験飛行。“ドリーム・チェイサー”はエドワーズ空軍基地滑走路22Lへの着陸を成功させている。(Credit: SNC)
2017年11月に行われた2度目の滑空試験飛行。“ドリーム・チェイサー”はエドワーズ空軍基地滑走路22Lへの着陸を成功させている。(Credit: SNC)


2021年の初打ち上げはULAの新型ロケット“ヴァルカン”

“商業輸送サービス2”の実施業者の一社として選ばれたシエラ・ネバダ社。
2019年以降から2024年にかけて、“ドリーム・チェイサー”を使い最低6回の補給ミッションを行うことが決まっています。

今回の発表によると、“ドリーム・チェイサー”は製造を今年後半に完了し、2021年には初打ち上げに向けて準備を進めることに。
なお、シエラ・ネバダ社では有人機版“ドリーム・チェイサー”の開発も継続していて、補給機版の実績や、今後の需要の変化などによって、宇宙飛行士を乗せて飛ぶ可能性もあるそうです。

一方、シエラ・ネバダ社はロケットを持っていません。
なので、打ち上げは他社に発注する必要があり、欧州や日本のJAXAのロケットも候補に挙がっていました。
シエラ・ネバダ社では、“ドリーム・チェイサー”は様々なロケットに搭載できる高い互換性があるとし、複数のロケットが候補に挙がっていた。スペースX社のファルコン9、欧州のアリアン5やアリアン6、日本のH2BやH3といったロケットにも搭載可能としている。

最終的に“ドリーム・チェイサー”の打ち上げは、ユナイテッド・ローンチ・アライアンス(ULA)の次期ロケット“ヴァルカン”に決定。“ヴァルカン”は現在運用中のアトラスVやデルタIVの後継機になります。

“ヴァルカン”が選ばれた理由は、“ドリーム・チェイサー”計画における協力関係があったこと、そしてアトラスVやデルタIVが高い打ち上げ成功率やオンタイム打ち上げ率を持つなど、実績が豊富なことでした。
ユナイテッド・ローンチ・アライアンスは、ロッキード・マーティン社とボーイング社の合弁事業で、“ドリーム・チェイサー”の製造はロッキード・マーティン社が担当している。

打ち上げはケネディ宇宙センターから実施される予定で、“ヴァルカン”の開発が間に合わなかった場合にはアトラスVロケットを用いることになります。
“ドリーム・チェイサー”を搭載した“ヴァルカン・ロケット”のイメージ図。(Credit: SNC/ULA)
“ドリーム・チェイサー”を搭載した“ヴァルカン・ロケット”のイメージ図。(Credit: SNC/ULA)
“ヴァルカン”の初打ち上げは2021年の予定で、“ドリーム・チェイサー”が搭載されるのは2回目の打ち上げ。
NASAとの契約で定められている計6回の補給ミッションの打ち上げ全てを“ヴァルカン”が担うことになります。
(画像)
打ち上げ後の“ドリーム・チェイサー”は、滑空によりケネディ宇宙センターへ戻り着陸する予定です。

現在、シエラ・ネバダ社は“ドリーム・チェイサー”に合体させる4.6メートルのカーゴモジュール“シューティング・スター”や、8.2メートルの膨張モジュール“LIFE(Large Inflatable Fabric Environment)”の開発も進めているようです。

国際宇宙ステーションの緊急脱出艇から有人宇宙船を経て、無人補給船となって宇宙へ飛び立つことになった“ドリーム・チェイサー”。
運用までには、大気圏再突入や国際宇宙ステーションとのドッキングなど、まだまだ試験や開発が続くことになります。


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ブルー・オリジン社が“ニューシェパード”の高高度非常離脱試験に成功

2018年07月22日 | 宇宙へ!(民間企業の挑戦)
宇宙旅行をリーズナブルに提供するため、ブルー・オリジン社が開発しているのが再使用型ロケット“ニュー・シェパード”です。
  ブルー・オリジン社は、インターネット小売り大手のアマゾン・ドット・コムの
  創業者ジェフ・ベゾス氏が設立したアメリカの民間宇宙開発企業。


ウエスト・テキサスで9回目の打ち上げを実施した“ニュー・シェパード”。
これまでで最も高い119キロの高度に達し、乗員カプセルの真空点火など、すべての試験に成功したそうです。
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“ニュー・シェパード”は宇宙旅行や科学観測を目的としたロケットで、乗員カプセルを高度100キロまで打ち上げることが可能です。
  ロケットはスペースX社の“ファルコン9”と同じで着陸と再使用が可能になっている。

今回の打ち上げで実施されたのは、宇宙へ向けて上昇中にブースターに異常燃焼や何らかの問題が発生した時、乗員カプセルをブースターから切り離して帰還させるための動作試験。

動作試験では、乗員カプセルの脱出エンジン(エスケープ・モーター)を上空のほぼ真空状態で点火させることになります。

ロケットと乗員カプセルは西テキサスから宇宙へと上昇し約2分40秒後に分離。

乗員カプセルはロケットとの距離が十分に離れてからエスケープ・モーターに点火、急速に上昇し高度約119キロに到達しています。
  排気が当たるなどして乗員カプセルに影響を与えないようにするため、
  ロケットと分離して20秒後にエスケープ・モーターに点火している。


今回の動作試験で必要だったのは、宇宙船の反応制御システムスラスターが宇宙環境下で宇宙船を安定させる能力があるかの確認でした。

乗員カプセルは、これまでで最も高く宇宙空間へと押し上げられたことになり、反応制御システムは、この動作試験を問題なく実行できたことになります。

約11分後の飛行後、乗員カプセルはパラシュートで着陸、ロケットも垂直着陸を実施し無事地上へ戻ってきています。
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パラシュートで帰還した乗員カプセル(写真中央下)とロケット(右上)。
また今回のテストでは、内部にダミー人形“マネキン・スカイウォーカー”や科学装置を搭載。

今回のテストでは、もし打ち上げに不具合が生じた際にも乗員がいつでも脱出できることが確認できた重要な内容でした。

有人飛行までに、あと2回程度のテストを行うという同社の説明を信じるなら、2019年のチケット販売開始も現実味を帯びてきましたね。


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  もしパラシュートが開かなかったら… をブルー・オリジン社がテスト
    

“スペースシップ2”が再突入システムで初飛行

2017年05月09日 | 宇宙へ!(民間企業の挑戦)

民間による宇宙旅行の実現。
このために設立された会社がヴァージン・ギャラクティック社です。

ヴァージン・ギャラクティック社が開発中の宇宙船“スペースシップ2”は、
ロケットで打ち上げるのではなく、航空機“ホワイトナイト2”に吊るされて離陸。

上空で分離した後に、“スペースシップ2”のロケット・モータが点火され、
一般的に宇宙とされている高度約100キロまで上昇するんですねー

ただ乗客が宇宙空間を体験できるのは数分間で、
その後“スペースシップ2”は、地球を1周する前に飛行機のように地上に帰還する、
サブオービタル軌道を飛ぶことになります。

今回、カリフォルニア州で行われた試験飛行で“スペースシップ2”の2号機(ユニティ)は、
4回目になるグライダー飛行を実施。

“ホワイトナイト2”に吊るされた“スペースシップ2”は、
約1万5500メートル上空から、再突入システムを利用した初飛行に成功したんですねー
  再突入システムは2014年の機体事故以来のテストになり、
  この事故で1号機が失われることになります。

  “スペースシップ2”の事故は、安全対策の不足と操縦士のミスが原因
    

この再突入システムは“フェザー・システム”と呼ばれ、
機体後部のテールを上方に跳ね上げる動作をします。

宇宙からの帰還時に使用されるもので、
主翼の後ろ半分を約60度ほど立てることで機体面積を大きくし、
降下のスピードを抑えつつ、機体を安定させることができる機構です。

最新の予定によると、
2人のパイロットと6人の乗客が搭乗可能な“スペースシップ2”が、
商業飛行を行うのは2018年末のこと。

ただ、現時点でのチケット価格は1人あたり約2800万円もするそうです…


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4か月ぶりの打ち上げと着地に成功! スペースX社“ファルコン9ロケット”

2017年01月20日 | 宇宙へ!(民間企業の挑戦)
スペースX社のファルコン9ロケットが、
1月14日にカリフォルニアのヴァンデンバーグ空軍ステーションから、
打ち上げられました。

打ち上げは成功。
その後、ロケットの第1段機体もドローン船への着地に成功したそうです。

爆発事故から4か月

昨年の9月1日にロケットの爆発事故を起こして以来、
スペースX社はロケットの打ち上げを4か月以上中断していました。

事故当初は「これまでで最も複雑な原因解明になる」と考えられていたのですが、
後にロケット2段目の液体酸素タンク内に浸された“ヘリウム圧力容器”に、
問題があっとことが判明します。

この圧力容器が超低温にさらされることで、
内壁のアルミニウムと外壁の炭素繊維複合材に隙間ができたそうです。

そこに液体酸素が侵入、あるいは液体酸素が固体化し、
周囲の圧力によって炭素繊維複合材が破断、磨耗したことで点火し、
爆発に繋がったと説明されています。

事故原因が分かったことでスペースX社は事故調査を終えることができ、
今年に入って連邦航空局からの打ち上げ許可を得ることが出来たようです。


壮大な計画へ

今回打ち上げられたのは、
イリジウム・コミュニケーション社の人工衛星“イジジウム1”。
ファルコン9は、この人工衛星10個の軌道投入を行います。

さらにスペースX社は2019年1月までの間、
7回にわたりイリジウム社の人工衛星を打ち上げることも決まったそうです。

今回の打ち上げ成功により宇宙開発事業に復帰したスペースX社ですが、
NASAとの間に、宇宙飛行士の商業輸送にかかわる輸送機開発で契約を結んでいて、
その初打ち上げ予定が2018年。

そして、月探査レースに参加するイスラエルチームの“SpaceIL”ローバーを、
ファルコン9が打ち上げることになっています。
  このレース“Google Lunar X Prize”には、
  日本チーム“HAKUTO”も参加することになっています。


さらにスペースX社は、
ロケットの打ち上げから第1段機体の回収による打ち上げコストの削減、
宇宙飛行士の輸送、さらには火星移住まで壮大な計画を立てているんですねー

なので今後進めていくのは、
順調に受注している衛星打ち上げの消化だけでありません。

壮大な計画を実現していくには、一度着地したロケットの再打ち上げや、
最も打ち上げ能力の大きいファルコンヘビーロケットの打ち上げなどを実現し、
信頼性を上げることが必須になります。

なかでもファルコン・ヘビーは、
火星への有人・無人宇宙船の打ち上げにも利用される重要なロケットなだけに、
延期になっている打ち上げが、いつ頃になるのか… が気になりますね。


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