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2014年11月 6日 (木)

「ソ連製」の後継は「ロシア製」か

先月、打ち上げ時にエンジンが爆発したアンタレスだが、やはり NK-33 エンジンのターボポンプが疑われているとの報道だ。

Engine turbopump eyed in Antares launch failure (spaceflightnow.com)

三十一は事故後かなり早い段階から twitter 上でターボポンプの問題である可能性に言及している。爆発直前に噴射炎が一瞬大きくなったことから、ターボポンプが破損して異常燃焼、そして爆発という経緯がまず頭に浮かんだ。
ただ実際のところ、ターボポンプはエンジンの中核部分であり、しかももっとも精密なパーツであるから、「ロケットエンジンが爆発した」と聞いたら「ターボポンプじゃねーの」と言っておけばまず半分以上は正解になるだろう。

懸念されているのは、やはり製造されてから 40年以上になるという経年だ。NK-33 は 原型である NK-15 にパージバルブが追設されているということなので多少の試運転はできるだろうが、全エンジンに対して負荷テストができるわけではない。40年寝かされていたあいだに、一部の機材では劣化が平均以上に進んでしまったのかもしれない。

オービタルサイエンスでは、当面 NK-33 エンジンの使用を見合わせると表明している。代替エンジンを探すと言っているが、現実的には選択肢はそれほど多くない。すでに報道で名前が挙がっているが、やはりロシア製になる RD-193 だ。
アンタレスと同様、NK-33 を一段目に使っている Soyuz 2.1v は将来的にエンジンを RD-193 に変更することをアナウンスしている。NK-33 と RD-193 の代表的な仕様を Wikipedia から抜き出してみると

        推進剤          推力            重量
NK-33   RP-1/LOX        1638kN (167t)   1222kg
RD-193  RP-1/LOX        2090kN (213t)   1900kg

Comparison of orbital rocket engines (wikipedia)

推進剤が同じ組み合わせであることは重要だ。少なくとも液酸液水 (LH2/LOX) エンジンは選択肢にならない。ヒドラジン系まで広げてもせいぜい RD-276 (プロトンの一段目に使用) くらいだろう。RD-193 が最有力候補というのは揺るがない。いずれにせよ、NK-33 の供給には限りがあるので次を考えておく必要はもともとあった。それはオービタルサイエンス社も十分承知しており、2017年には新しいエンジンを使用するアンタレスロケットの実用化が予定されていた。そのエンジンとして取りざたされていたのが RD-193 なのである。であるから、もともとあった計画を前倒ししただけ、とも言えるだろう。
とは言え、RD-193 はまだ開発中のエンジンだ。それに対して、NK-33 はすでに在庫がある(40年前から!)のですぐに使える。当面は NK-33 を使用して、在庫がなくなるまでに RD-193 に切り替える、というのがソユーズ 2.1v や アンタレスに共通の戦略だった。
ただ、類似のクラスのエンジンと言ってもエンジンの換装はそんなに簡単な仕事ではない。パソコンの CPU を交換するのとはわけが違う。前倒しと言っても 2017年が 2016年になるのがせいぜいだろう。その間は「サードパーティー」による打ち上げも検討する、とされている。オービタルサイエンス社は NASA から ISS への補給を受注しているが、その手段まで指定されているわけではない。何であっても荷物が目的地に届けばいいのだ。

RD-193 の開発自体にそれほど懸念はない。すでに十分な実績を重ねている RD-170 を原型にしている。RD-170/171 はひとつのポンプで4つの燃焼室に燃料を供給している(上述の通り、ポンプはエンジンの中核なので燃焼室がいくつあってもポンプがひとつなら1台のエンジンとみなすのだ)が、RD-193 は燃焼室をひとつにしたモデルになる。ポンプひとつで燃焼室ふたつという RD-180 もアトラスロケットですでに50回の打ち上げをこなしている(成功率98%)。

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