中国が今月、ロケット1段推進体を着陸脚を用いて地上に垂直に降ろすことに成功した。先月、海上で網により推進体を受け止めたのに続く快挙である。米スペースXに続き中国も異なる回収方式を相次いで披露し、再使用型打ち上げ機の競争が加速している。
中国の民間宇宙企業ランジェン航天（ランドスペース）が開発した「朱雀-3号・遥-2」は19日、打ち上げられた後、2段を予定軌道に投入した。その後に分離された1段推進体は発射場に戻り、機体下部の着陸脚を展開したまま垂直着陸した。中国が再使用ロケットの1段をこの方式で陸上で回収したのは初めてである。
パク・チャンス韓国航空宇宙研究院次世代発射体事業団長は「1段回収に成功したという点で、再使用に向けた第一段階はクリアしたとみることができる」と述べ、「着陸技術そのものだけ見れば、スペースXのファルコン9とほぼ同等の技術を確保したといえる」と語った。
◇ 軽いロケットvs単純な設備…回収方式ごとに異なる損得勘定
再使用ロケットの要は高価な1段推進体を回収することにある。今回の中国の朱雀-3号は、ロケットが自ら脚で直立する方式を用いた。推進体が地上へ戻る際にエンジンを再点火して速度を落とし、着陸直前に機体下の脚を展開して降り立つ。スペースXのファルコン9もこの方式を用いる。
脚で直立させる方式の利点は、地上に複雑な捕獲設備が不要な点である。一方で、ロケットに着陸脚とそれを支える構造物まで搭載しなければならず、打ち上げ機が重くなる結果、増えた重量分だけ衛星や貨物の搭載量を減らす必要がある。
アン・ジェミョンKAIST航空宇宙工学科教授は「着陸脚方式は脚に大きな荷重がかかるため、構造物をしっかり設計しなければならず、脚の重量分だけ打ち上げ機の重量も増える」と説明し、「その代わり受ける側は着陸する地面さえ適切に整えればよく、運用負担は相対的に小さい」と述べた。
中国が先月の長征-10B試験で披露した「網による捕獲方式」は、重量負担をロケット外に移した発想である。推進体が海上プラットフォーム上に降下すると、大型ケーブルと網状の構造物がこれを受け止める。
パク団長は「着陸脚をなくしてロケットを軽量化でき、その分多くの衛星や貨物を搭載できる」とし、「また、網が動くことで一定の位置誤差を吸収できる利点がある。一方で海上に大型の捕獲構造物を設置し、これを運用しなければならない」と述べた。
スペースXのスターシップのいわゆる「箸（チョップスティック）」方式も同じ発想に立つ。1段であるスーパーヘビーブースターが発射場に戻ると、発射台の両側に設置された巨大な機械式アームが箸のように空中でブースターをつかむ。別途の着陸脚は不要だが、数十m規模のブースターを発射台の定められた位置まで極めて高精度で誘導する必要がある。
3方式のうち何が最も難しいかとの質問に、パク団長はスターシップ方式を挙げた。パク団長は「スターシップ方式は、ブースターが固定された位置に正確に入った状態で大型構造物がつかまなければならず、技術的難度が相当に高い」と説明した。
そのうえで「長期的には、打ち上げ機を元の発射場へ直ちに戻す方式が、コストと打ち上げサイクルの面で有利だ」とし、「海上で回収するとロケットを再び陸上へ移送しなければならず、気象の影響も受け得る」と付け加えた。
◇ 中国、スペースX追撃を開始…韓国は今ようやく実証段階
アン教授は、中国の今回の成功は意味のある前進だが、スペースXに追いついたと見るのは早いと評価した。再使用打ち上げ機は、ロケットを一度無事に受け止めるだけでなく、回収した推進体を点検して再度打ち上げ、この過程を複数回繰り返して安全性と経済性を立証しなければならないためだ。スペースXはすでにファルコン9の1段を反復回収して再打ち上げする工程を数年にわたり実施し、経験を積み上げてきた。
アン教授は「スペースXが再使用打ち上げ機の回収に成功し始めたのはおおむね10年前の2015年だ」と述べ、「中国は今まさに再使用技術の信頼性を積み上げ始めた段階であり、回収に一度成功することと、繰り返し過失なく遂行することとは天地の差だ」と語った。ただし、スペースXが初めて道を切り開いたのとは異なり、中国には既に他の成功事例があるだけに、追撃の速度はより速くなり得るとみている。
一方で韓国は再使用打ち上げ機の技術開発を進めているが、まだ初期段階である。パク団長は「現在、縮小型の実証機を開発し、飛行試験を準備する段階だ」と述べ、「2033年ごろに本発射体の試験に入り、2035年までに再使用技術を確保することを目標としている」と語った。
アン教授は、韓国は着陸装置よりも先に発射体そのものの性能を高めることが重要だと強調した。ロケットを戻すには帰還に用いる燃料と装備を追加搭載しなければならない以上、当初から十分な余裕性能が必要だという指摘である。
アン教授は「再使用打ち上げ機として用いるには、そもそも性能の高い発射体でなければならない」と述べ、「発射体の軽量化とエンジン性能の向上など、基礎的な発射体性能を高める取り組みをまず優先すべきだ」と語った。