LR-87

LR-87ロケットエンジン

LR-87は、アメリカ合衆国が開発したタイタン大陸間弾道ミサイル、そしてその後の衛星打ち上げロケットであるタイタンシリーズの第1段を推進するために使用された液体燃料ロケットエンジンです。その最初の飛行は1959年と古く、タイタンロケットの歴史と共に歩んできたエンジンと言えるでしょう。タイタンIVロケットの退役に伴い、現在ではその運用を終えています。

技術的な特徴

LR-87エンジンは、外見上は2基の独立したエンジンが並んでいるように見えますが、実際にはこれらが一体として設計され、共通の制御系で同時に作動する単一の推進システムです。一般的なガス発生器サイクルを採用しており、燃焼室とノズルスカートには初期型で再生冷却が用いられていましたが、後の派生型ではノズルの一部にアブレーション冷却も導入されています。このエンジンは、運用中に推力を加減する機能を持たず、一定の推力を発生させます。発生する推力は約1,900 kN（約430,000ポンド）に達する強力なものでした。

LR-87には、タイタンロケットの第2段に使用されたLR-91という、やや構造が変更されたエンジンが存在し、タイタンシリーズ全体で連携して運用されました。

多様な推進剤への対応

LR-87の最も特筆すべき特徴の一つは、歴史上初めて、そして現時点でも他に類を見ない、3種類の異なる推進剤の組み合わせに対応する派生型が開発されたことです。これはタイタンロケットの用途や性能要求の変化に対応するために行われました。

1. ケロシン（RP-1）と液体酸素 (LOX):
初期型のタイタンIミサイルに採用されたLR-87-3が使用した組み合わせです。液体酸素は極低温であるため、ミサイルに長期間貯蔵しておくことが難しく、発射直前に充填する必要がありました。このため、即応性には限界がありました。

主要諸元（LR-87-3）：
燃料：RP-1、酸化剤：液体酸素
推力（海面高度）：約647 kN
推力（真空中）：約733 kN
比推力（真空中）：約290秒
燃焼時間：約139秒
重量：約839 kg

2. エアロジン-50と四酸化二窒素 (NTO):
タイタンII以降のモデルで採用された推進剤です。エアロジン-50（モノメチルヒドラジンと非対称ジメチルヒドラジンの混合燃料）と四酸化二窒素は常温で貯蔵が可能なハイパーゴリック推進剤（接触するだけで自然に燃焼を開始する）です。これにより、タイタンIIは常に燃料を充填した状態で保管でき、高い即応性を実現しました。この組み合わせを採用したLR-87-5は、点火装置が不要になったことに加え、LR-87-3よりも小型・軽量化されました。しかし、これらの推進剤は非常に毒性が強く、腐食性も高いため、取り扱いには厳重な注意が必要であり、過去には重大な事故も発生しています。

主要諸元（LR-87-5）：
燃料：エアロジン-50、酸化剤：四酸化二窒素
推力（海面高度）：約956.5 kN
推力（真空中）：約1096.8 kN
比推力（真空中）：約297秒
燃焼時間：約155秒
重量：約739 kg

LR-87-5を改良したLR-87-7は、ジェミニ計画のタイタンII GLVに搭載されました。性能はLR-87-5とほぼ同じですが、燃焼室圧力がわずかに低くなり、ノズルの長さが短縮されています。さらに、タイタンIIIやタイタンIV向けにLR-87-9やLR-87-11といった派生型も開発されました。

3. 液体水素 (LH2) と液体酸素 (LOX):
1950年代末に開発された、液体水素を燃料とするLR-87の派生型です。液体水素はケロシンよりも密度が低く極低温であるため、燃料噴射装置やターボポンプなど、いくつかの設計変更が必要でした。エアロジェット社はこのエンジンをサターンIBやサターンVロケットの第2段エンジンとしてNASAに提案しましたが、最終的にロケットダイン社のJ-2エンジンが選ばれました。しかし、この液体水素エンジン開発で得られた知見は、その後のM-1エンジンの開発に活かされることとなりました。

主要諸元（LR-87 LH2）：
燃料：液体水素、酸化剤：液体酸素
推力（真空中）：約667 kN
比推力（真空中）：約450秒
重量：約700 kg
全高：約4 m

LR-87エンジンは、その長い歴史の中で多様な技術的課題に対応し、異なる推進剤システムを実用化した点で、宇宙開発史において重要な位置を占めるエンジンの一つと言えるでしょう。

関連項目

AJ-10 (アポロ計画などで使用されたロケットエンジン)
RL10 (液体水素/液体酸素を使用するロケットエンジン)

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