再使用ロケット実験

再使用ロケット実験 (RVT)

再使用ロケット実験（RVT、Reusable Vehicle Testing）は、日本の宇宙航空研究開発機構（JAXA）が進めた重要な研究プロジェクトの一つです。この計画の主な目的は、使い捨てが一般的である宇宙輸送ロケットを、航空機のように繰り返し使用できる「完全再使用ロケット（RLV）」として開発するために必要な技術を確立することでした。実験に用いられた機体そのものもRVTと呼ばれることがあります。

開発の背景

現在の宇宙開発における大きな課題の一つは、地球から宇宙へ物資や人を運ぶためにかかる莫大な費用です。このコストの大部分を占めるのが、一度きりの使用で廃棄されるロケット自体の製造費用です。高価なロケットを毎回新しく製造することは、輸送コストを非常に高くしています。もしロケットが航空機のように離陸し、宇宙へ到達した後、再び地球へ帰還して簡単な整備と燃料補給だけで繰り返し使えるようになれば、一回の飛行にかかる費用（減価償却費など）は劇的に削減され、宇宙輸送コストの大幅な低減が期待できます。

このような思想に基づき、これまでにも様々な再使用ロケットの構想や開発が進められてきました。アメリカではスペースシャトルが実用化されましたが、実際には整備に膨大なコストがかかり、必ずしも経済的な解決策とはなりませんでした。このため、2007年頃までは使い捨てロケットが宇宙輸送の主流であり続けていました。

しかし、持続的な宇宙活動を考えた場合、高価な機体を使い捨てる現状には限界があります。また、打ち上げごとに機体が廃棄されることは、安全性の問題や環境保護、資源の有効利用といった観点からも望ましくありません。再使用ロケットが実現できない現状においては、使い捨てロケットはあくまで次善の策と言えます。

再使用ロケットには様々な形態が考えられていますが、特に注目されたタイプの一つに、一段式で衛星軌道まで到達可能な「単段式宇宙輸送機（SSTO）」で、かつ「垂直離着陸（VTOL）」を行うロケットがあります。このアイデアは1970年代にアメリカで提唱され、将来の宇宙産業に革命をもたらすと期待されました。1990年代にはマクドネル・ダグラス社が「デルタクリッパー（DC-X）」という実験機を開発し、垂直離着陸技術の実証に成功しました。日本でも、日本ロケット協会が宇宙観光を想定した「観光丸」の検討を行いましたが、当時の技術レベルでは軌道投入は困難であり、構想に留まりました。

これらの先行研究を踏まえ、将来の再使用ロケット実現に向けて基盤技術の開発が必要であるとの認識が高まりました。そこで1998年、日本の宇宙科学研究所（後のJAXA）は、軌道投入能力を持たないものの、小型かつ比較的安価で繰り返し飛行できる実験機を開発・運用し、再使用技術を段階的に蓄積する計画をスタートさせました。これがRVTプロジェクトです。

RVT機体と実験の歩み

RVTプロジェクトでは、機体の製造、地上実験、飛行実験というサイクルを繰り返し、技術開発を進めました。新しい機体を開発する際には、既存の部品と新規に開発した部品を組み合わせて製作され、2006年度までにRVT#1からRVT#4までの4世代の実験機が製作されました。これらの機体を用いて、エンジン燃焼試験や離着陸試験など、様々な地上・飛行実験が行われました。

RVT#1とその実験

最初の実験機RVT#1は、液体水素を燃料、液体酸素を酸化剤とするガス押し式の単基エンジン、高圧窒素ガススラスターによる姿勢制御、球形金属タンクを特徴としていました。空気抵抗を減らすエアロシェルは装着されていませんでした。

RVT-1、RVT-2（1998年）: 地上でのエンジン推力特性試験を実施。運用データの取得や航法誘導制御系機器の動作確認を行いました。
RVT-3（1999年）: 初の離着陸実験に成功。最大4mの上昇、3.5mの水平移動、11.5秒の飛行を達成し、垂直離着陸の基本技術を実証しました。

RVT#2とその実験

RVT#2では、飛行範囲の拡大を目指し、耐久性設計エンジン、GPSによる航法、エアロシェルなどが導入されました。

RVT-4、RVT-5（2000年）: エアロシェル装着状態での地上燃焼試験を実施。離着陸時のエンジンの地面反射熱や燃料漏れ検出など、実運用に近い環境でのデータ収集を行いました。
RVT-6（2001年）: 6回の飛行実験を実施。高度22m到達、GPS制御による高精度着陸（誤差5cm）、そして短期間（3日半で3回）での繰り返し飛行を達成し、再使用運用の可能性を示しました。

RVT#3とその実験

RVT#3は、将来の高度100km級実用機に必要な技術蓄積を目的として改良されました。液体水素タンクの複合材化、エンジン噴射器の高性能化、再使用運用の洗練が図られました。

RVT-7（2001年）: 新しい噴射器を用いたエンジン単体試験を実施。
RVT-8（2003年）: 軽量化された新型機体（複合材タンクなど）を用いた地上燃焼実験を実施。
RVT-9（2003年）: 3回の飛行実験を実施。最高到達高度を42mに更新しました。

RVT#4とその実験

RVT#4は、実用化検討が進められていた再使用観測ロケットに必要な技術実証を目的として開発されました。エンジンをガス押し式から高性能なターボポンプ式に変更し、液体酸素タンクも複合材化。姿勢制御にはエンジンと同じ推進剤（水素・酸素ガス）を使う方式を採用し、システム統合が進められました。

RVT-10～RVT-14（2006年～2009年）: ターボポンプ式エンジンおよびシステム全体の地上燃焼試験を繰り返し実施。エンジンの起動・停止特性、高応答推力制御、低推力での起動、最大推力特性、機体システムとの適合性など、ターボポンプ式エンジンの運用に関する重要なデータを取得しました。

再使用観測ロケット構想

RVTプロジェクトで培われた技術の実用化事例として、「再使用観測ロケット」の具体的な計画が進められました。これは、従来のRVT機体を大幅に拡大・発展させたもので、約100kgの観測機器を搭載し、高度100kmまで到達することを目標としていました。エンジンはRVTの技術を基にしたものを4基搭載するなど、全体として大型化が図られました。開発には5年、約50億円が見積もられていました。

この再使用観測ロケットが実現すれば、一日に一度の飛行を連続して行い、定期的な分解整備を行うという航空機に近い運用が可能となり、一回あたりの飛行費用が現行の使い捨て観測ロケット（数億円）と比較して大幅に低減され、約2500万円に抑えられると試算されました。

また、再使用観測ロケットは搭載機器を垂直着陸によって安全に回収できるため、従来のパラシュート降下・海上着水による回収に比べ、機器への衝撃が少なく、高価な機器や衝撃に弱い機器の搭載が可能になるとともに、回収の手間やコストも削減できます。さらに、任意の高度での空中停止機能も想定されており、高層大気観測などにおいて、従来は困難だった新たな観測手法が可能になると考えられていました。

再使用観測ロケットの実用化は、「簡単な整備で繰り返し飛ぶロケット」という航空機ライクな運用経験を積む絶好の機会であり、将来の大型再使用ロケット開発に繋がる貴重な技術と知見の蓄積に貢献すると期待されていました。2014年には三菱重工業がJAXAとの協力による技術実証の成果を発表するなど開発は進み、エンジンの繰り返し試験も100回以上の打ち上げに相当する負荷に耐えることを実証するなど、重要なマイルストーンを達成しました。

しかし、再使用観測ロケット計画自体は実用化に至らず、2016年にプロジェクトは終了しました。一方で、その技術と経験は途絶えることなく、同年には後継となる再使用実験機「RV-X」の開発が開始され、さらに現在は日本、ドイツ、フランスによる共同実験機「CALLISTO」へと繋がっており、ロケット第1段の再使用技術の研究開発が継続されています。

将来への展望：有人化と宇宙観光

RVTプロジェクトが、宇宙輸送コスト削減を通じて将来の宇宙活動を拡大することを目的としていた背景から、関係者の間では有人宇宙飛行への応用についても高い関心が寄せられていました。

再使用ロケットの経済性を確保するためには、繰り返し使用に耐える信頼性とともに、飛行中に異常が発生した場合に、機能を部分的に停止させつつ安全に着陸する能力が不可欠です。これは航空機においては当然のことであり、経済性だけでなく、搭乗者の安全を確保するために極めて重要です。したがって、再使用ロケットに求められる高い信頼性と異常対応能力は、そのまま有人宇宙飛行に必要な安全技術にも繋がります。

RVT技術の発展が、近年注目される準軌道宇宙観光用ロケットの実現に貢献する可能性も指摘されています。例えば、パトリック・コリンズらはRVT技術を応用することで、定員5名（乗員2名、乗客3名）の垂直離着陸式宇宙観光ロケット「宇宙丸」が実現可能であると提案しました。再使用観測ロケットよりも大型のこの構想では、開発費約300億円、乗客一人の運賃約30万円という低コストが試算されており、これは航空機並みの整備・運用費用を想定しているためです。このように、RVTで培われた再使用技術は、将来の多様な宇宙活動、特に低コストな宇宙輸送や有人宇宙飛行の実現に向けた重要な礎となる可能性を秘めています。

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