ケストレル (ロケットエンジン)

ケストレル (Kestrel) エンジン

ケストレルは、アメリカ合衆国の民間宇宙企業スペースXによって開発されたロケットエンジンです。同社の初期に運用された小型ロケット、ファルコン1の上段部を推進するために使用されました。燃料にはケロシンの一種であるRP-1を、酸化剤には液体酸素を用いるという、一般的なロケットエンジンで広く採用されている推進剤の組み合わせを採用しています。

技術的特徴

ケストレルエンジンの設計は、スペースXが開発した他のエンジン、特にマーリンエンジンと共通の設計思想を持っており、中心部にはピントルインジェクター構造が採用されています。しかし、マーリンエンジンが採用するような高性能なターボポンプを持たず、推進剤を燃焼室に送り込む方式として、燃料タンクや酸化剤タンク自体を加圧する単純で信頼性の高い圧送式サイクルを採用している点が大きな特徴です。

エンジンの冷却システムは、燃焼室とノズルに至るスロート（首部）にはアブレーション冷却方式が用いられています。これは、燃焼ガスの熱によって冷却材が昇華・剥離することで熱を吸収する方式です。一方、ノズルの大部分は高張力のニオブ合金で作られており、こちらは放射冷却方式で冷却されます。高温に晒されるニオブ合金は、炭素繊維強化炭素複合材料（C-Cコンポジット）と比較してひび割れに対する耐性が高いとされています。スペースXの評価によれば、打ち上げ時にロケットの下段分離や外部のデブリとの衝突によってノズルが損傷を受けた場合でも、エンジンの性能に大きな悪影響を与えない設計となっています。アブレーション材とニオブ合金の境界部分にはチタン製の熱交換器が取り付けられており、推進剤の加圧に用いられるヘリウムガスの効率を高める役割を果たしています。

機体の姿勢制御に関しては、エンジンの上部に取り付けられた電気機械式アクチュエーターにより、ピッチ軸とヨー軸方向への推力偏向が可能で、機体の進行方向を制御できます。また、機体のロール方向の制御や、エンジン停止中の慣性飛行時における姿勢維持には、ヘリウムガスを噴射するガススラスターが使われます。

ケストレルエンジンは、トリエチルアルミニウムとトリエチルボランを組み合わせた自己着火性（自然発火性）を持つ燃料を用いることで、エンジンを複数回再点火させることが可能です。これにより、一度の打ち上げで複数のペイロード（衛星など）を搭載した場合に、それぞれの衛星を異なる軌道（高度や傾斜角）に投入するといった、柔軟なミッションプロファイルに対応することができました。

ケストレル 2

ファルコン1ロケットの新設計による2段目向けに、改良型であるケストレル2の開発が進められていました。この新しいエンジンでは、既存のケストレルからの性能向上を目指し、具体的には耐久性の向上、推進効率を示す比推力の改善、そしてエンジン自体の軽量化が目標とされていました。基本的な圧送式供給の設計は継承されましたが、新設計の2段目には、ファルコン1の初期型2段目で使用された2014アルミニウム合金ではなく、より軽量で強度に優れるアルミニウム-リチウム合金である2195が採用される計画でした。エンジンの設計変更には、部品製造の公差をより厳格にすることで性能の安定化を図り、これにより高比推力と軽量化を同時に実現することが含まれていました。

しかし、2009年にファルコン1ロケット自体の開発計画が凍結され、後継機であるファルコン9ロケット（初期バージョン Falcon 9 v1.0）に置き換えられたため、ケストレル2が実際の飛行で使用される機会はありませんでした。

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