GEM (ロケットモータ)

GEM（Graphite-Epoxy Motor）

GEM（Graphite-Epoxy Motor）は、現在ノースロップ・グラマン社（開発当時はアライアント・テックシステムズ）によって製造されている固体燃料ロケットモーター（SRM）のファミリー名です。このモーターの大きな特徴の一つは、軽量かつ強靭な炭素繊維強化エポキシ複合材をモーターケースに採用している点にあります。この革新的な素材を用いることで、従来の金属製ケースと比較して大幅な重量削減を実現しました。

GEMシリーズは、これまでアメリカの主要な打ち上げ機であるデルタ II、デルタ III、デルタ IVといったデルタロケットファミリーの補助ブースターとして広く貢献してきました。さらに、今後の宇宙開発計画においても重要な役割を担う予定であり、アトラスVロケットや、後継となるユナイテッド・ローンチ・アライアンス（ULA）の新型ロケット、ヴァルカン・セントールでの採用が計画されています。

主な派生型式

GEMモーターは、搭載されるロケットや要求される性能に応じて、いくつかの異なる型式が開発・運用されています。

GEM-40: シリーズの最初の実用型として、1990年にデルタ IIロケットで導入されました。直径は40インチ（約100cm）です。モーターケースに複合材を採用したことで、先行する鋳鋼製ケースの固体ロケットモーター、例えばキャスター IVと比較して、大幅な軽量化を実現しました。GEM-40は1990年8月26日に打ち上げられたデルタ II 7925型で初めて使用されました。デルタ IIには、打ち上げられるペイロードやミッションプロファイルに応じて、3本、4本、または9本のGEM-40を装着することが可能でした。3本または4本構成の場合は全てのブースターが地上で点火されましたが、9本構成の場合は、まず6本を地上で点火し、これらの燃焼終了後に残りの3本を飛行中に点火するという段階的な運用が行われました。

GEM-46: デルタ IIIロケットの開発に合わせて生まれた型式で、直径は46インチ（約120cm）です。GEM-40よりもさらに軽量化が図られています。デルタ IIIでの使用にあたっては、ロケットの姿勢制御性能を高めるため、推力偏向制御（Thrust Vector Control, TVC）システムが搭載されました。デルタ IIIが退役した後、このGEM-46を基に、TVC機能を省くなどの改修を施したモデルが開発され、ペイロード能力を増強したデルタ II ヘビーのブースターとして転用されました。デルタ III、デルタ II ヘビーともに、9本のGEM-46ブースターを装備し、その点火シーケンスはGEM-40の9本構成と同様に、地上で6本、飛行中に3本を点火する方式でした。

GEM-60: 現在、デルタ IVロケットの補助ブースターとして使用されている大型の型式です。直径は60インチ（約150cm）に及びます。このモデルは、ミッション要求に応じて推力偏向制御（TVC）システムを搭載するかどうかを選択できる柔軟な設計となっています。デルタ IVロケットにおいて、2本または4本のGEM-60を装着する構成は、「デルタ IV ミディアム+」として分類され、様々な静止衛星打ち上げなどで実績を重ねています。

GEM-63: ロッキード・マーティン社のアトラス Vロケットで長年使用されてきたエアロジェット・ロケットダイン製AJ-60A固体ロケットモーターを代替するために開発が進められている最新世代のGEMです。GEM-63の設計をさらに拡張し、より強力にした「GEM-63XL」は、ULAが開発中の次世代大型ロケット、ヴァルカン・セントールの固体ロケットブースターとして採用されることが計画されており、将来の打ち上げを支えることが期待されています。

運用上の実績と課題

GEMシリーズは多くの成功を収めていますが、運用においてはいくつかの技術的な課題や失敗事例も経験しています。

1995年8月5日、韓国初の通信衛星コリアサット1を搭載したデルタ II 7925型の打ち上げミッション中、飛行中に点火されるはずだったGEM-40固体ブースターの一基が、分離されることなくロケット本体に結合したまま燃焼を続けました。このブースターが切り離されなかったことによる重量超過が原因で、衛星は当初計画された静止トランスファ軌道よりも低い軌道に投入されました。幸い、コリアサット1は搭載していた推進剤を消費して軌道変更マヌーバを実施し、最終的に目標としていた静止軌道への遷移に成功しました。

1997年1月17日には、デルタ IIロケット（打ち上げ番号Delta 241）が離昇からわずか13秒後に爆発炎上するという重大事故が発生しました。この事故の原因は、搭載されていたGEM-40ブースターの致命的な構造的欠陥によるものでした。事故後のアメリカ空軍による徹底的な調査の結果、打ち上げ以前に既にモーターケースに微細な損傷が生じていたことが判明し、点火の際の圧力によってその損傷部が破壊され、ケースが割れてしまったことが事故の直接的な引き金となったと結論付けられました。これらの失敗事例は、固体ロケットモーター、特に高応力がかかるブースター部分における製造品質管理と打ち上げ前検査の重要性を示唆しています。

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