エスタス (ロケットエンジン)

エスタス（Aestus）は、欧州の宇宙開発において重要な役割を果たした液体燃料ロケットエンジンの一つである。その名称はラテン語で「炎」を意味しており、燃焼によって推進力を生み出すエンジンの本質を象徴している。本エンジンは、主にEADSアストリアム（現在はエアバス・ディフェンス・アンド・スペースの一部）によって製造された。

開発経緯

エスタスの開発計画は、フランスの国立宇宙センター（CNES）との緊密な協力のもと、1988年に開始され、1995年に成功裏に完了した。このエンジンの主要な用途は、欧州宇宙機関が開発・運用する大型打ち上げロケット、アリアン5の液体燃料式第2段（EPS: Etage à Propergols Stockables）を推進することにあった。初めて宇宙空間での実証が行われたのは、1997年に打ち上げられたアリアン5の2号機、フライト502である。この初飛行以降、エスタスはアリアン5Gとして知られる初期型ロケットの運用において信頼性の高い性能を発揮した。改良作業は2000年から2002年にかけて実施され、推進剤の混合比が変更された。この改良型のエスタスエンジンは、2004年以降に運用が開始されたアリアン5 G+およびアリアン5 GSといった性能向上型に採用され、引き続きアリアン5の第2段としての任務を担った。さらに、エスタスの多用途性と信頼性を高めるため、2003年から2006年にかけては、重要な軌道上再着火能力の検証試験が複数回実施された。これは、国際宇宙ステーション（ISS）への補給ミッションを担う欧州補給機（ATV）の打ち上げにおいて、正確な軌道投入や軌道変更に複数回のエンジン噴射が必要とされるためである。これらの試験によって再着火能力は実証され、2008年3月に打ち上げられた最初のATV「ジュール・ヴェルヌ」のミッションにおいて、実際の宇宙空間でその性能が証明された。エスタスエンジンは、アリアン5ロケットによる多数の衛星打ち上げや、ATVによるISSへの補給ミッション成功に貢献し、欧州の宇宙輸送能力を支えた基幹的なコンポーネントの一つと言える。

技術的特徴

エスタスエンジンは、構造が比較的単純であり、高い信頼性を実現しやすい圧送式サイクルを採用している。この方式では、推進剤はヘリウムなどの不活性ガスによって加圧されたタンクから直接燃焼器へ供給される。使用される推進剤は、自己着火性を持つ貯蔵可能な液体燃料・酸化剤である。燃料にはモノメチルヒドラジン（MMH）、酸化剤には一酸化窒素を添加した四酸化二窒素（MON）が用いられる。これらの推進剤は接触すると自然に燃焼を開始するため、複雑な点火システムを必要としない。

推進剤を燃焼室内に適切に噴射するインジェクタ部は、耐熱性・耐腐食性に優れたステンレス鋼とインコネル合金で製造されており、合計で132個の噴射エレメントを備えている。燃焼器本体は、高温・高圧の燃焼環境に耐えるため、内部はステンレス製のライナ、外部はニッケル製の強固なシェルで構成されている。燃焼器壁の冷却には、燃料であるMMHを用いた再生冷却方式が採用されている。これは、燃料を燃焼器の壁沿いに循環させて熱を吸収させ、その後に燃焼器へ供給するという方法であり、エンジンの熱負荷を低減すると同時に燃料の温度を上げて燃焼効率を高める効果もある。ノズル部は、燃焼で発生した高温・高圧のガスを膨張・加速させて推力を生み出す部位であり、コバルト合金であるハインズ25（Hynes 25）が使用されている。ノズルの冷却方式は輻射冷却であり、ノズル壁面から熱を宇宙空間へ放射することで冷却を行う。

主要諸元

エスタスエンジンの主な技術仕様は以下の通りである。

全長: 約2,200ミリメートル（2.2メートル）
直径: 約1,315ミリメートル（1.315メートル）
質量: 約110キログラム
燃焼サイクル形式: 圧送式サイクル
使用推進剤: MON（酸化剤）/ MMH（燃料）
真空推力: 約30キロニュートン（kN）
真空比推力: 約324秒（s）
推進剤混合比（酸化剤/燃料質量比）: 初期バージョンでは2.05、改良後期バージョンでは1.9に変更された。
* ノズル膨張比: 84

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