RD-701

RD-701は、ロシアのNPOエネゴマシュによって開発された、高度な三液推進系液体燃料ロケットエンジンです。このエンジンは、かつて計画されていた再使用型宇宙往還機、MAKS・スペースプレーンの主要な動力として提案されていましたが、同計画の中止に伴い実際に使用されることはありませんでした。しかし、その革新的な設計思想は、ロケットエンジン技術の歴史において特筆すべきものです。

RD-701の最大の特徴は、RP-1ケロシン、液体水素、液体酸素という三種類の推進剤を使用する三液推進系を採用した点にあります。これにより、単一エンジンで大気圏内での高推力と、高高度や宇宙空間での高比推力という、ミッション段階に応じて異なる性能を発揮できる能力を持たせました。作動サイクルは二段燃焼サイクルを基盤としており、まず少量の推進剤を予燃焼室で燃焼させてタービンを駆動し、高圧のガス（特に酸素リッチ）を生成します。このガスを主燃焼室に送り、残りの推進剤（モードに応じてケロシンや水素）と混合して最終的な燃焼を行うことで、高い効率と高圧燃焼を実現しています。

三液推進の利点の一つは、密度の低い液体水素を効果的に利用することで、燃料タンクの容積を抑えつつ高い比推力を得られることです。これは機体全体の軽量化につながり、設計段階で最大30%の重量削減効果が見積もられていました。また、RD-701は極めて高い燃焼室圧力を達成しており、特に三液を使用するモード#1での作動時、燃焼室圧力は300気圧に達しました。これは2009年時点で実用化されたロケットエンジンとしては世界最高水準であり、エンジンの小型・軽量化と性能向上に大きく貢献しています。

RD-701は、ミッション段階に応じて異なる性能を発揮させるため、二つの運用モードを備えていました。これは2基の燃焼室構成によって実現されています。

モード#1（三液モード）：このモードでは、RP-1、液体水素、液体酸素の全てを使用し、大気圏内の打ち上げ初期段階に最適化されています。燃料タンク容量の最小化に寄与する設定で、高度10kmにおける2基合計の推力は約3,780 kN、比推力は約3,845 m/sでした。
モード#2（二液モード）：高度が高くなり、宇宙空間に近い状況での運用に適したモードです。ここでは液体水素と液体酸素のみを使用し、高比推力を重視します。このモードでの2基合計の推力は約1,570 kN、比推力は約4,532 m/sでした。

RD-701の主燃焼室には、それぞれの推進剤供給に対応した複数の噴射器群が配置されていました。モード#2での作動時は、ケロシン用の噴射器群は閉じられます。エンジン全体の冷却には、極低温の液体水素を燃焼室やノズル内部の流路に通して熱を吸収させる、効率的な再生冷却方式が用いられていました。

RD-701の設計思想は、単一燃焼室を持つ小型版のRD-704エンジンにも引き継がれました。RD-704は、RD-701の基本的なコンポーネントや作動スキームを基にしつつ、予燃焼室、ターボポンプ、燃焼室、ノズルといった主要部分が一つに集約された簡略化された構造を持っています。

RD-701エンジンは、MAKS・スペースプレーン計画の一部として開発された、先進的な三液推進系エンジンでした。二段階の性能モード切替や世界最高クラスの高圧燃焼など、その革新的な技術要素は、再使用型宇宙輸送システムの実現に向けた重要な一歩を示すものでしたが、計画の中止によりそのポテンシャルが十分に発揮されることはありませんでした。しかし、RD-701が示した多目的で高性能なエンジン開発への挑戦は、今後のロケット技術開発においても参考とされるべき事例と言えるでしょう。

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