HL-20
HL-20パーソネル・ローンチ・システム（Personnel Launch System, PLS）は、1980年代後半から1990年代初頭にかけてアメリカ航空宇宙局（NASA）によって検討された再使用型宇宙往還機の計画です。
当時の主要な宇宙輸送手段であったスペースシャトルは、人と貨物を同時に運ぶ多目的機でしたが、その運用には多大な費用がかかりました。この高コストと、貨物輸送と人員輸送を兼ねる設計の複雑さを解消するため、スペースシャトルを補完する形で、人員輸送に特化した小型の宇宙船としてPLSの概念が生まれました。PLSには複数の提案がありましたが、HL-20はラングレー研究所が主導したリフティングボディ形状の案です。
HL-20の開発は、国際宇宙ステーション（ISS）計画とも深く関連しています。1986年のチャレンジャー号事故を経て、宇宙ステーションから緊急時に乗員を安全に地球へ帰還させる手段（Crew Emergency Return Vehicle, CERV）の必要性が強く認識されました。ISSに常時ドッキングしておける小型の帰還機が求められましたが、スペースシャトルは大型でこの目的に適しませんでした。ラングレー研究所は、ソビエト連邦が開発していた小型宇宙往還機BOR-4のリフティングボディ設計に着目し、これをCERVの概念に取り入れる研究を開始しました。BOR-4の再突入実験から得られたデータは、リフティングボディがマッハ20のような高速再突入から亜音速飛行まで安定した揚力を発生させ、比較的穏やかな加熱と長い滑空飛行が可能であることを示していました。このBOR-4の影響を受け、CERVとして具体化されたのがHL-20でした。
HL-20のリフティングボディ形状には、いくつかの重要な利点がありました。まず、再突入時の減速荷重を約1.5Gに抑えることができ、長期間宇宙に滞在して筋力などが低下した宇宙飛行士への身体的負担を軽減できます。また、揚力が高いため滑空性能に優れ、着陸地点の選択肢が広がります。これにより、世界中の通常滑走路への水平着陸が可能となる設計を目指しました。「HL」という名称は「Horizontal Landing」（水平着陸）を意味し、「20」はノースロップHL-10など、NASAが長年研究してきたリフティングボディ機の系譜を受け継ぐことを示しています。乗員は8名から10名が想定され、標準的なミッションとしては、まず低軌道に投入された後、ISSが周回する高度まで上昇し、ドッキングして乗員交代を行い、最大72時間以内に帰還するというプロファイルが構想されました。
PLSコンセプトの中心には、確実な宇宙へのアクセス、乗員の安全性向上、そして低コスト化がありました。貨物輸送機能を排除して機体を小型・軽量化することで、打ち上げにおける中止能力を高め、安全性を向上させることが可能になると考えられました。また、利用可能な技術の活用、サブシステムの簡素化、航空機に近い地上・飛行オペレーションによって、開発および運用コストの大幅な削減が見込まれました。例えば、整備性を高めるために全ての油圧機器を電動化するなどの工夫が凝らされ、その結果、必要な整備労働力はスペースシャトルの10%未満に抑えられると試算されました。
HL-20計画は、ラングレー研究所での基礎研究から始まり、ノースカロライナ州立大学などが実物大模型を製作するなど、複数の段階を経て進展しました。1989年にはロックウェル・インターナショナル、1991年にはロッキード・アドバンスト・デベロップメント・カンパニーといった民間企業が概念研究や試作開発の前段階調査に関わりました。しかし、冷戦終結後、ロシアがISS計画に参加することになり、緊急時帰還機として既存のソユーズ宇宙船を利用することが決定したため、HL-20計画はその役割を終え、中止されました。その後、NASAはソユーズ依存への懸念からX-38という別のCERV開発を試みましたが、これも後に中止されています。
HL-20計画は実現には至りませんでしたが、リフティングボディによる人員輸送と水平着陸というそのコンセプトは、現代の宇宙開発に影響を与えています。特に、現在開発が進められているシエラネバダ社の民間宇宙船ドリームチェイサーは、HL-20のリフティングボディ形状と水平着陸方式を継承しています。
HL-20の主要な仕様は以下の通りです。
HL-20計画は、将来の宇宙輸送システム、特に人員輸送に特化した機の可能性を追求した重要な研究開発でした。その技術的検討やコンセプトは、形を変えながらも今日の宇宙船開発に引き継がれています。
当時の主要な宇宙輸送手段であったスペースシャトルは、人と貨物を同時に運ぶ多目的機でしたが、その運用には多大な費用がかかりました。この高コストと、貨物輸送と人員輸送を兼ねる設計の複雑さを解消するため、スペースシャトルを補完する形で、人員輸送に特化した小型の宇宙船としてPLSの概念が生まれました。PLSには複数の提案がありましたが、HL-20はラングレー研究所が主導したリフティングボディ形状の案です。
HL-20の開発は、国際宇宙ステーション（ISS）計画とも深く関連しています。1986年のチャレンジャー号事故を経て、宇宙ステーションから緊急時に乗員を安全に地球へ帰還させる手段（Crew Emergency Return Vehicle, CERV）の必要性が強く認識されました。ISSに常時ドッキングしておける小型の帰還機が求められましたが、スペースシャトルは大型でこの目的に適しませんでした。ラングレー研究所は、ソビエト連邦が開発していた小型宇宙往還機BOR-4のリフティングボディ設計に着目し、これをCERVの概念に取り入れる研究を開始しました。BOR-4の再突入実験から得られたデータは、リフティングボディがマッハ20のような高速再突入から亜音速飛行まで安定した揚力を発生させ、比較的穏やかな加熱と長い滑空飛行が可能であることを示していました。このBOR-4の影響を受け、CERVとして具体化されたのがHL-20でした。
HL-20のリフティングボディ形状には、いくつかの重要な利点がありました。まず、再突入時の減速荷重を約1.5Gに抑えることができ、長期間宇宙に滞在して筋力などが低下した宇宙飛行士への身体的負担を軽減できます。また、揚力が高いため滑空性能に優れ、着陸地点の選択肢が広がります。これにより、世界中の通常滑走路への水平着陸が可能となる設計を目指しました。「HL」という名称は「Horizontal Landing」（水平着陸）を意味し、「20」はノースロップHL-10など、NASAが長年研究してきたリフティングボディ機の系譜を受け継ぐことを示しています。乗員は8名から10名が想定され、標準的なミッションとしては、まず低軌道に投入された後、ISSが周回する高度まで上昇し、ドッキングして乗員交代を行い、最大72時間以内に帰還するというプロファイルが構想されました。
PLSコンセプトの中心には、確実な宇宙へのアクセス、乗員の安全性向上、そして低コスト化がありました。貨物輸送機能を排除して機体を小型・軽量化することで、打ち上げにおける中止能力を高め、安全性を向上させることが可能になると考えられました。また、利用可能な技術の活用、サブシステムの簡素化、航空機に近い地上・飛行オペレーションによって、開発および運用コストの大幅な削減が見込まれました。例えば、整備性を高めるために全ての油圧機器を電動化するなどの工夫が凝らされ、その結果、必要な整備労働力はスペースシャトルの10%未満に抑えられると試算されました。
HL-20計画は、ラングレー研究所での基礎研究から始まり、ノースカロライナ州立大学などが実物大模型を製作するなど、複数の段階を経て進展しました。1989年にはロックウェル・インターナショナル、1991年にはロッキード・アドバンスト・デベロップメント・カンパニーといった民間企業が概念研究や試作開発の前段階調査に関わりました。しかし、冷戦終結後、ロシアがISS計画に参加することになり、緊急時帰還機として既存のソユーズ宇宙船を利用することが決定したため、HL-20計画はその役割を終え、中止されました。その後、NASAはソユーズ依存への懸念からX-38という別のCERV開発を試みましたが、これも後に中止されています。
HL-20計画は実現には至りませんでしたが、リフティングボディによる人員輸送と水平着陸というそのコンセプトは、現代の宇宙開発に影響を与えています。特に、現在開発が進められているシエラネバダ社の民間宇宙船ドリームチェイサーは、HL-20のリフティングボディ形状と水平着陸方式を継承しています。
HL-20の主要な仕様は以下の通りです。
- - 全長: 約9メートル
- - 翼幅: 7.2メートル
- - 重量: 10,884キログラム
HL-20計画は、将来の宇宙輸送システム、特に人員輸送に特化した機の可能性を追求した重要な研究開発でした。その技術的検討やコンセプトは、形を変えながらも今日の宇宙船開発に引き継がれています。
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