RS-68 (ロケットエンジン)

RS-68ロケットエンジン

RS-68（Rocket System 68）は、米国のロケットダイン社（現エアロジェット・ロケットダイン）が開発した大型液体ロケットエンジンです。液体水素を燃料、液体酸素を酸化剤として使用します。このエンジンは、液体水素を推進剤とするロケットエンジンとしては特に強力で、海面高度での推力はスペースシャトル・メインエンジン（SSME）の約2倍に達します。

開発の背景と目的

RS-68は、1990年代末から2000年代にかけて、デルタ IVロケットの主要エンジンとして開発が進められました。当時のEELV（Evolved Expendable Launch Vehicle）計画の一環として、既存のエンジンよりも大幅なコスト削減を実現することが主な開発目標でした。使い捨て前提の設計思想を採用することで、複雑な再使用に対応する構造を排除し、部品点数を削減することを目指しました。

技術的特徴

RS-68は、二系統の独立したガス発生器サイクルを採用しています。燃焼室では、液体水素と液体酸素を混合比約6対1で燃焼させ、10.25 MPa（1,486 lbf/in²）の高い圧力下で運用されます。コスト低減のため、燃焼室には加工が比較的容易なチャンネルウォール構造が採用されています。これは、多数の溝を持つ構造をロウ付けで組み立てる方式で、従来のチューブウォール構造に比べて製造が簡単で安価ですが、重量は増加します。

ノズルについても、膨張比21.5のノズル下部にアブレーション（燃焼熱により素材が蒸発し冷却する）材を使用しています。これもまた、他の高性能エンジンで使用されるチューブウォールノズルに比べて重くなりますが、製造コストを抑えるための選択です。

エンジンは油圧式のジンバル機構を備え、出力を58%から101%の間で調整することが可能です。

主な諸元

エンジンサイクル: ガス発生器サイクル
推進剤: 液体水素（燃料）/ 液体酸素（酸化剤）
真空中推力: 3,371 kN (344 トン)
海面上推力: 2,949 kN (301 トン)
真空中比推力: 409 秒
海面上比推力: 359 秒
膨張比: 21.5
出力調整範囲: 57% - 102%
燃焼室圧力: 9.72 MPa
重量: 6,747 kg
サイズ: 直径 2.4 m (96インチ)
最大出力時（102%）推力: 真空中 3.37 MN (758,000 lbf), 海面上 2.95 MN (663,000 lbf)
* 推力重量比: 51.2 (最大出力時)

SSMEとの比較と費用対効果

RS-68計画の核心は、単純さと費用対効果でした。複数回使用を前提とするSSMEと比較して、RS-68は80%以上部品点数が少なく設計されています。この設計思想により、単体での性能、例えば推力重量比や比推力はSSMEより控えめ（比推力で約10%低い）ですが、製造コストは大幅に低減されました。RS-68の製造費用は約1400万ドルであったのに対し、SSMEは約5000万ドルとされています。このコスト差が、使い捨てロケットとしてはRS-68の費用対効果を高くしています。絶対的な推力はSSMEより約50%向上しており、デルタIVヘビーロケットが補助ロケットなしにこのエンジン3基のみで離床できるほど強力です。

開発と試験

エンジンの設計・開発は、SSMEと同様にカリフォルニア州のカノガパークにある施設で行われました。初期のエンジン組み立ては、サターンV開発に使われたサンタスザーナ野外実験所で行われました。試験はエドワーズ空軍基地の施設で開始され、後にNASAのジョン・C・ステニス宇宙センターに移管されました。最初の成功した燃焼試験は1998年9月22日に実施されました。デルタIVロケットでの使用が認証されたのは2001年12月で、初打ち上げ成功は2002年11月20日でした。

運用と派生型

RS-68は、デルタIVシリーズロケットのコモン・ブースター・コア（CBC）の一部として運用されています。特にデルタIVヘビーでは3基のCBCが使用されます。

性能向上型としてRS-68Aが開発されました。RS-68Aは海面高度で3,114 kN（317.5トン、702,000 lbf）以上の推力を発揮します。最初の燃焼試験成功は2008年9月25日、デルタIVヘビーでの初打ち上げは2012年6月29日でした。

また、中止されたNASAのコンステレーション計画において、アレスVロケットの第一段エンジン候補として、より改良されたRS-68Bが検討されていました。アレスVには当初5基、後に6基のRS-68またはRS-68Bを搭載する構想がありましたが、計画中止により実現しませんでした。

有人仕様への適合

RS-68を有人宇宙船打ち上げに使用するためには、高い信頼性確保のために200箇所以上の変更が必要とされています。NASAは、有人仕様のRS-68には監視装置の追加、離床時の燃料過多環境の除去、冗長系の強化などが求められるとしていました。

日本からの部品供給

1998年には、三菱重工業がロケットダイン社とRS-68エンジン向け極低温系バルブおよび熱交換器の輸出契約を締結しており、これらの部品が実際に使用されています。これは、日本の宇宙開発技術が国際的なロケット開発に貢献した一例と言えます。

RS-68は、その強力な推力とコスト効率の高さから、使い捨て大型ロケットの推進システムとして重要な役割を果たしました。改良型のRS-68Aは、引き続きデルタIVヘビーの主力エンジンとして運用されています。

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