RD-270

RD-270ロケットエンジン

RD-270（ロシア語: Ра́кетный дв́игатель 270、8D420）は、1960年代から1970年代初頭にかけてソビエト連邦の第456設計局（OKB-456）によって開発された、高性能な液体燃料ロケットエンジンです。単一の燃焼室を持ち、二種類の液体推進剤を用いる二液推進系を採用しています。

開発の背景と経緯

本エンジンの開発は、月面到達を目指したソビエトの大型ロケット計画、特にUR-700およびUR-900ロケットシリーズの第一段用として位置づけられました。1962年6月26日、著名なロケット設計者であるヴァレンティン・グルシュコの主導のもと開発が開始され、1967年には予備的な検討作業が完了しました。当時の技術水準において、高沸点推進剤を使用するエンジンとしては世界でも類を見ないほど強力な性能を目指していました。しかし、搭載予定であったUR-700ロケット計画の中止に伴い、1970年12月31日をもってRD-270の開発も中断されることとなりました。結果として、試験用のエンジン数機のみが製作されるにとどまり、実機の打ち上げに用いられることはありませんでした。

技術的特徴

RD-270は、その開発された時代において極めて先進的な技術を多数採用していました。

推進剤: 燃料には非対称ジメチルヒドラジン（UDMH）、酸化剤には四酸化二窒素（N2O4）という、常温で貯蔵可能な高沸点推進剤の組み合わせを使用しました。この推進剤ペアは、自己着火性があり取り扱いが容易な反面、毒性が高いという特性を持ちます。
高推力: 単一の燃焼室を持つ液体ロケットエンジンとしては、ソビエトおよび後継のロシアにおいて、2009年時点でも最も高推力なエンジンの一つとされており、地表における推力は約640トンに達しました。
高燃焼室圧力: 当時の技術で最高水準となる約26 MPaという高い燃焼室圧力を達成しました。これは、エンジンの性能（特に比推力）を向上させる上で非常に重要です。
フルフロー二段燃焼サイクル: 高い燃焼室圧力と比推力を実現するために、RD-270は「フルフロー二段燃焼サイクル」という複雑なサイクルを採用しました。これは、推進剤の一部を予備燃焼室で燃焼させてタービンを駆動し、その駆動ガスを含む全ての推進剤を主燃焼室に供給して燃焼させる方式です。RD-270では、酸化剤リッチなガスで酸化剤ポンプを駆動するタービンを、燃料リッチなガスで燃料ポンプを駆動するタービンを、それぞれ独立して駆動させる二系統のタービン構成を持っていました。このサイクルにより、ターボポンプ効率が向上し、地表での比推力は301秒という高い値を達成しています。

設計と試験

RD-270は、95%から105%の範囲で推力調整が可能でした。また、搭載されるロケットに応じて推力方向を調整する機能も備えており、R-56ロケット用では±12°、UR-700ロケット用では±8°の範囲で偏向制御が計画されていました。推進剤の混合比は基準値2.67に対し、±7%の調整幅がありました。

主燃焼室の冷却には、内部に設けられた溝を通じたフィルム冷却が用いられ、ノズルの特に熱負荷が高い部分はジルコニアによる熱防御被覆が施されていました。

エンジンの燃焼試験は1967年から1969年にかけて行われ、短いノズルを持つ実験用エンジンが使用されました。合計22機のエンジンを用いて27回の試験が実施され、中には複数回試験されたエンジンもありました。

改良型の検討

開発期間中には、将来的な改良型も検討されました。

RD-270M: 既存の推進剤に加え、理論上高い比推力が期待される特殊な高エネルギー推進剤「ペンタボラン（通称: ジップ）」を燃料として試験するために改修された型です。ペンタボランは極めて毒性が高い物質でしたが、この試験ではエンジンの比推力が最大42秒増加することが確認されました。毒性の問題から、試験は限定された環境下でのみ実施されました。
RD-270K: ソビエトの別の大規模ロケット計画であるN-1ロケット向けに改良が検討された型ですが、地上試験段階で発生した技術的な課題を克服できず、実用化には至りませんでした。

UR-700計画の終焉と共に、RD-270エンジンの開発もその幕を閉じましたが、その設計と試験を通じて得られた知見は、その後のソビエトおよびロシアにおけるロケットエンジン開発に少なからず影響を与えたと考えられています。現在、RD-270の現物は主に博物館などで展示されています。

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