LE-3

日本初の国産液体燃料ロケットエンジンとして、LE-3は1960年代に宇宙開発事業団（NASDA）、航空宇宙技術研究所（NAL）、そして三菱重工業によって開発されました。日本の初期の人工衛星打ち上げ能力確立に貢献した重要なエンジンです。LS-C、ETV、そして特にN-Iロケットの第2段エンジンとして活躍しました。

開発の背景と経緯

LE-3の開発は、当初Qロケットの第3段に搭載するエンジンとして構想が始まりました。しかし、1970年にQ計画と旧N計画が統合され、新たな「新N計画」がスタートしたことに伴い、計画は変更され、N-Iロケットの第2段エンジンとして使用されることになりました。この開発では、アメリカのロケットダイン社からチェック・アンド・レビュー方式による技術指導を受けました。推進剤には、燃料としてエアロジン-50（A-50）、酸化剤として四酸化二窒素（NTO）という、接触すると自然に燃焼を開始する自己着火性推進剤の組み合わせが採用されました。これにより、着火装置が比較的簡略化できるという利点がありました。

LE-3という名前は、それ以前に開発された液体燃料エンジンに続くものであることを示しています。1965年に開発完了したLE-1は、LS-Cロケット1号機で使用され、硝酸と非対称ジメチルヒドラジンを推進剤としていました。1968年開発完了のLE-2は、LS-Cロケットの2号機から6号機までで使われ、推進剤は硝酸とA-50でした。さらにLE-1より前の段階では、LS-AやLS-Bロケット向けに硝酸とケロシンを推進剤とするエンジンの開発も行われています。

エンジンの構造と技術

エンジンの燃焼サイクル方式には、構造が比較的シンプルで高い信頼性が期待できるガス押し式サイクルが採用されました。燃焼器本体は、多数の細い管を束ねて精密にろう付けして形成された「ろう付け管構造燃焼器」という方式です。燃料や酸化剤がこれらの管を通ることで燃焼器壁を冷却します。噴射器や燃焼器といった主要部品の製造においては、当時の先進的な加工技術であった電子ビーム溶接や放電加工といった精密加工技術が多用されました。これらの高度な加工技術を国内で確立したことは、その後の日本の液体ロケットエンジン製造技術の基盤を築く上で非常に重要な役割を果たしました。

LS-CロケットやETVロケットに搭載されたLE-3は、ロケットの直径に物理的な制約があったため、標準仕様よりもノズルの膨張比を意図的に低く抑えた仕様のエンジンが使用されています。

主要な性能諸元

LE-3エンジンの主な性能数値は以下の通りです。

- 全長: 約1,671 mm
- 直径: 約943 mm
- 燃焼サイクル: ガス押し式サイクル
- 真空中推力: 5,445 kgf
- 真空中比推力: 290.2 s
- 混合比 (酸化剤/燃料): 1.50
- 膨張比: 26 (標準仕様)
- 燃焼圧力: 11.64 kg/cm² abs
- 酸化剤界面圧: 20.0 kg/cm² abs
- 燃料界面圧: 20.2 kg/cm² abs

発展計画とその終焉

N-Iロケットの後継機として計画されたN-IIロケットの初期構想である「N改良型I型」では、第2段エンジンとしてLE-3を改良した国産エンジン「LE-4」を採用する予定がありました。LE-4では、軽量化のために燃焼器の冷却方式をアブレーティブ冷却に変更する、宇宙空間での再着火能力を付加する、燃焼時間を延長するといった性能向上が検討されていました。しかし、開発が進むにつれて、この改良型エンジンの性能だけでは、当時人工衛星側に求められていたより高い打ち上げ能力を満たせないことが明らかになりました。このため、LE-4の開発計画は断念され、代わりにアメリカのエアロジェット社からAJ10-118FJという液体燃料エンジンを導入する方針に変更されました。結果として、LE-3を直接発展させた国産エンジンがN-IIロケットに搭載されることはありませんでした。

まとめ

LE-3は、日本の宇宙開発黎明期において、初の国産液体燃料ロケットエンジンとして重要な役割を果たしました。その開発を通じて培われたガス押し式サイクル技術、ろう付け管構造、そして高度な加工技術に関する経験や知見は、その後のH-I、H-IIロケット等に搭載されるLE-5、LE-7といったターボポンプ式の高性能国産液体燃料エンジンの開発へと確実に引き継がれ、日本の宇宙輸送能力向上に不可欠な技術的礎となったのです。

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