ラザフォード (ロケットエンジン)

ラザフォード エンジン

ラザフォード（Rutherford）は、アメリカとニュージーランドに拠点を置く宇宙開発企業、ロケット・ラボ社によって設計・製造された液体燃料ロケットエンジンです。同社の小型ロケット、エレクトロンの主推進機関として使用されています。その名称は、原子物理学における業績で知られるニュージーランド出身の科学者、アーネスト・ラザフォードに敬意を表して名付けられました。

このエンジンの最も革新的な特徴は、実用化されたロケットエンジンとして世界で初めて「電動ポンプサイクル」を採用した点にあります。一般的な液体燃料ロケットエンジンでは、推進剤をタンクから燃焼室へ高圧で送り込むためにターボポンプを使用しますが、そのターボポンプを駆動する方式が異なります。従来のエンジンでは、推進剤の一部を燃焼させて発生するガスでタービンを回す「ガス発生器サイクル」などが主流ですが、ラザフォードでは電動モーターがポンプを直接駆動します。この電動ポンプサイクルにより、推進剤供給のエネルギー効率が大幅に向上し、約95%という高い効率を達成しています。これは、ガス発生器サイクルの一般的な効率（約50%）と比較して非常に優れています。

ラザフォードエンジンは、2台のブラシレスDCモーターで駆動されるポンプを備え、これらのモーターはリチウムポリマー電池から電力を供給されます。個々のモーターは最大40,000回転/分、出力50 hp（約37 kW）を発揮します。エレクトロンロケットの第1段では9基のラザフォードエンジンが使用されており、これらを駆動するために1メガワット（MW）を超える電力が電池から供給されます。電動ポンプサイクルはシステムをシンプルにできる利点がある一方で、推進剤供給に必要な大電力を供給する電池の重量がエンジンの総重量増加につながるという側面も持ち合わせています。

エンジンの冷却システムには、再生冷却方式が採用されています。これは、ポンプによって加圧された燃料が、燃焼室やノズル壁面に設けられた流路を通ってから燃焼室に噴射される方式で、エンジンを過熱から守ると同時に燃料を予熱する効果があります。

推進剤には、一般的なロケット燃料であるケロシン（RP-1）と液体酸素（LOX）の組み合わせが用いられます。エレクトロンロケットの設計思想に基づき、ラザフォードエンジンは第1段と第2段の両方で使用されるように共通化されています。これにより、製造、調達、輸送の効率化とコスト削減が図られています。ただし、第2段用エンジンは、真空環境での性能を最大化するためにノズルが延長されたバージョンとなっています。

設計当初からシンプルかつ安価な製造が意図されており、製造工程では3Dプリンター技術が広範に活用されています。電子線溶解法などの技術を用いて、燃焼室、インジェクター、ポンプ、主要な推進薬バルブといった複雑な部品が積層造形されています。これにより、部品点数の削減や製造リードタイムの短縮、設計の自由度向上を実現しています。

性能面では、海面高度で約25 kN（5,600 lbf）、真空中では約26 kN（5,800 lbf）の推力を発揮します。また、真空環境における比推力は約343秒と、小型エンジンとしては十分な性能を備えています。

ラザフォードエンジンは、2016年3月に飛行に向けた認証を取得し、翌年の2017年5月25日に行われたエレクトロンロケットの初飛行で実証されました。電動ポンプサイクルや先進製造技術を取り入れたラザフォードは、小型衛星打ち上げ市場におけるコストパフォーマンスと信頼性の向上に貢献しています。

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