ES-702

ES-702は、日本における液体燃料ロケットエンジン開発の歴史において、特に液体水素（LH2）と液体酸素（LOX）を推進剤として実際に稼働した最初期のエンジンの一つとして重要な位置を占めています。

このエンジンは、東京大学宇宙航空研究所（ISAS）、後の宇宙科学研究所によって、上段用エンジンとして開発されました。推力は7トン級であり、その開発は1970年代に開始されました。当初は、低軌道へ約500kgのペイロードを投入できる能力を持つ計画だったM-2Hロケットの第2段エンジンとしての搭載が構想されていました。

ES-702の開発には、先行する10トン級のLOX/LH2エンジンの開発成果がコンポーネントレベルでフィードバックされています。これは、もし当時開発が進められていたLE-5エンジンの開発が難航した場合、ES-702のベースとなった10トン級エンジンをバックアップとして使用するという計画が存在したためです。

エンジンの技術的特徴として、推進剤を燃焼室へ供給する噴射装置は、合計90個のインジェクターが同心円状に配置された構造を採用していました。エンジンの性能を左右するターボポンプはTP-703と呼ばれ、「宇宙研方式」と称される非常に独創的な設計がなされていました。これは直列二軸反転式と呼ばれる形式で、中央に配された単一のタービンが、ガス発生器から供給される高温ガスを動力として利用し、まず液体水素ポンプを駆動し、続いてその回転方向と逆向きに回転する形で液体酸素ポンプを駆動するという構成でした。ターボポンプの吐出圧力は、液体水素ポンプが約4.3MPa (44 kg/cm²A)、液体酸素ポンプが約3.4MPa (35 kg/cm²A) に達しました。

エンジンの運転に必要な推進剤タンクの加圧システムも工夫されていました。液体水素タンクは、エンジンの冷却に用いられた水素ガスを再生冷却によって気化させ、そのガスをタンクの加圧に利用しました。一方、液体酸素タンクは、タービンを駆動した後の排気ガスを熱源とし、熱交換器を通じて液体酸素の一部を気化させ、その蒸気によってタンクを加圧しました。また、液体水素と液体酸素が計画通りの一定の比率で燃焼されるよう、ターボポンプから燃焼室へ送られる液体水素の一部を、PU制御弁を用いてタンクへ戻すことで流量バランスを調整していました。

ES-702は、ガス発生器サイクルを燃焼サイクルとして採用しています。これは、燃焼器に入る前の燃料の一部をガス発生器で燃焼させ、そこで発生する水素リッチな比較的低温の燃焼ガスを用いてターボポンプを駆動し、推進剤を昇圧する方式です。タービンを駆動した後の燃焼ガスは、外部に排出されます。

残念ながら、ES-702エンジンが実際にロケットに搭載されて打ち上げられる機会はありませんでした。しかし、このエンジンの開発過程で得られた貴重な技術的知見や経験は、ES-702そのものが実機に搭載されることはありませんでしたが、その後の日本の液体水素/液体酸素系ロケットエンジン開発、特にH-IロケットやH-IIロケットに搭載されたLE-5シリーズをはじめとする数々のエンジン開発において、極めて重要な基盤技術として広く活用されることとなりました。ES-702は、日本の大型液体ロケット開発史における礎石の一つと言えるでしょう。

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