ファントムエクスプレス宇宙飛行機のロケットエンジン、10日間のテストで「完璧な10」を記録

スペースシャトルの余剰部品から作られたロケットエンジンとその開発チームは、ボーイング社の軍用宇宙飛行機「ファントム・エクスプレス」の土台となる、10日間、10回の厳しい点火テストに合格した。

「先週、完璧な10点を獲得しました」と、エアロジェット・ロケットダインのAR-22エンジン担当プログラムマネージャー、ジェフ・ヘインズ氏は本日の電話会議で記者団に語った。

水素燃料のAR-22は、スペースシャトルに搭載されていたRS-25エンジンをベースとしており、NASAの大型ロケットスペース・ローンチ・システム（SLS）にも使用される予定だ。「この派生ミッションのために、高度な制御装置を用いて『頭脳』をアップグレードしました」とヘインズ氏は述べた。

エアロジェット、ボーイング、そして国防総省の国防高等研究計画局（DARPA）は、AR-22が毎日100秒間、フルスロットルで発射できるほど迅速に回転できるかどうかを検証するため、6月26日から7月6日までの240時間にわたる試験を実施した。結論は？ AR-22は回転可能だ。

「最後のテストを終えた時点で68分の余裕があった」とヘインズ氏は語った。

開発の過程で、チームはミシシッピ州にあるNASAステニス宇宙センターの試験施設を直撃した2度の落雷に対処しなければなりませんでした。エンジニアたちはまた、エンジンの噴射中にエンジン内に溜まった水分を除去する手順を考案する必要がありました。

「エンジンを乾燥させずに再び動かそうとすると、悲惨な事態につながるだろう」とヘインズ氏は語った。

当初、この手順には約17時間かかっていましたが、最終的には6時間まで短縮されました。ヘインズ氏によると、スペースシャトル計画では、同様のプロセスに数日かかっていたとのことです。

ボーイング・ファントム・ワークスの打ち上げ担当ディレクター、スティーブ・ジョンストン氏は、テストの成功により、実験用宇宙飛行機またはXS-1としても知られるファントム・エクスプレス計画は、2021年の最初のデモ飛行に向けて順調に進んでいると述べた。

DARPAの実験用宇宙飛行機プログラムマネージャー、スコット・ウィアズバノウスキー氏は、この二段式打ち上げシステムは10日間で10回の打ち上げを想定して設計されていると述べた。打ち上げ後、再利用可能な第一段ブースターは滑空し、飛行機のような着陸地点に到達する。

ファントム・エクスプレスは、1回の飛行あたり500万ドル未満のコストで、3,000ポンド（約1330kg）のペイロードを低軌道に打ち上げることができる予定です。これらの性能レベルは、軍事用途だけでなく商業用途においても「スイートスポット」に相当するとウィエルズバノフスキー氏は述べています。

ボーイングのジョンストン氏は、ファントム・エクスプレス機の仕様は現在、厳密な設計審査を受けており、2019年半ばの組み立て開始に先立ち、その旨を述べた。

「当社の設計哲学や設計ガイドラインの多くは、民間航空機事業から派生したものです」と彼は述べた。「当社が採用している材料システムは、もともと全複合材787への適用を目的として開発されたものです。」

液体酸素タンクは、シアトル地域にあるボーイング社の先進開発複合材工場で既に製造されている。「非常に順調に進みました。…このタンクには、さらにいくつか艤装作業が必要です」とジョンストン氏は述べた。

上段の設計はまだ流動的で、2021年に予定されている最初の実証飛行の打ち上げ場所はまだ選定されていない。ジョンストン氏によると、最初の弾道飛行では第1段ブースターの試験のみが行われるという。

DARPAはこのプロジェクトに最大1億4,600万ドルを提供し、ボーイングとエアロジェットも開発のために未定の金額を追加で拠出する予定だ。

ヘインズ氏は、10日間のエンジン試験から得られた教訓は、ファントム・エクスプレスだけでなく、エアロジェット社がスペース・ローンチ・システム（SLS）向けRS-25エンジンの開発にも応用できると述べた。例えば、AR-22で試験されたセンサーベースの性能監視システム（高度異常指令管制センター、AC3）は、SLSにも活用できる可能性がある。

「私たちは実際にエンジンをレッドライン状態と誤認させました。シャトル計画では、これはエンジンの即時停止を意味していました」とヘインズ氏は述べた。「ソフトウェアが自動的にエンジンのスロットルを下げ、状況を評価し、数秒のうちに推力プロファイルを段階的に回復させるようにしたのです。」

ヘインズ氏は、エアロジェットは新世代のエンジニアの協力を得て、ファントム・エクスプレスとスペース・ローンチ・システムの新世代エンジニアリングの先駆者となっていると語った。

「私たちには、シャトル計画で経験を積んだ経験豊富なエンジニアがいます」と彼は述べた。「そして今、多くの新人エンジニアが、この2週間で実施した非常に過酷なプログラムを通して、指導と訓練を受けることができます」

数字で見るファントムエクスプレス：

長さ: 100フィート

翼幅： 62フィート

燃料満タン時の離陸重量： 240,000ポンド

AR-22エンジンの離陸推力：  375,000ポンド以上

AR-22の推進剤：液体水素、液体酸素

最高速度：マッハ10（時速7,600マイル）

出典：ボーイング、エアロジェット・ロケットダイン