SRB-A

SRB-A：日本の宇宙開発を支えた固体ロケットブースター

SRB-A（エスアールビーエー）は、[宇宙航空研究開発機構]の前身である宇宙開発事業団が開発し、IHIエアロスペースが製造した固体ロケットブースターです。H-IIAロケット、H-IIBロケット、そしてイプシロンロケットの第一段推力として活躍しました。その高い信頼性と、前身のH-IIロケットのSRBよりも優れた性能と低コストを実現した点が大きな特徴です。

高性能と低コストの両立

SRB-A開発においては、高い信頼性に加え、H-IIロケットのSRBよりも高性能で低コストなブースターの開発が目標でした。この目標達成のため、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)製の一体型モータケースを採用しました。CFRPの採用は、従来の高張力鋼製に比べて強度を2倍に向上させ、重量を約80％削減することに成功、大幅なコスト削減にも繋がりました。さらに、高圧燃焼技術の採用により、性能を維持したまま全長を短縮する技術的ブレークスルーも実現しています。

多様な改良型と進化

SRB-Aは初期型から、SRB-A2、SRB-A改良型、SRB-A3と、数々の改良型が開発されました。これらの改良は、最大動圧の低減、信頼性の向上、そして打ち上げ能力の最適化を目指したものです。特に、H-IIAロケット6号機で発生したノズル破壊に起因する分離失敗を教訓に、推力・燃焼圧の低減、ノズル設計の抜本的な見直しなど、信頼性向上のための改良が重ねられました。SRB-A3では、初期型と同等の能力を回復しつつ、より高い信頼性を確保しています。

ロケットへの統合と構成

SRB-Aは、H-IIA/H-IIBロケットではストラップ・オン方式で、イプシロンロケットでは異なる結合方法で、それぞれロケット本体に取り付けられました。主な構成要素はノーズコーン、前部アダプタ、モータケース、後部アダプタ、そして結合構造部です。H-IIA/H-IIBロケットでは、前後4ヶ所のヨーブレスと2本のスラストストラットを用いてロケット本体に固定されますが、イプシロンロケットではノーズコーンは使用されず、前部・後部アダプタもそれぞれ異なる構成となっています。

モータ：燃焼パターンと種類

SRB-Aのモータは、全長約9.5メートル、直径2.5メートルの円筒型です。推進薬量やグレイン形状の違いにより、燃焼時間が約100秒の「高圧型」と、約120秒の「長秒時型」の2種類があります。H-IIAロケットの型式や、H-IIBロケット、イプシロンロケットの搭載状況によって、最適なモータが選択されました。長秒時型は、安全性に配慮した設計となっていますが、ペイロードにおいては高圧型に比べて減少します。SRB-A3では、高圧型と長秒時型の両方が用意され、ミッションの要件に応じて選択できる柔軟性が向上しました。

モータケース：CFRPによる軽量化とコスト削減

SRB-Aのモータケースは、CFRP（炭素繊維強化プラスチック）のフィラメント・ワインディング方式による一体成形を採用しました。この技術により、従来の高張力鋼製モータケースに比べて、大幅な軽量化とコスト削減を実現しました。製造においては、初期はATK社の技術ライセンスを用いていましたが、現在は国産化されています。

推進薬とノズル：燃焼性能と信頼性

推進薬には、低コストのHTPB(末端水酸基ポリブタジエン)バインダを用いたコンポジット推進薬が使用されました。ノズルは、当初はコニカルノズルを採用していましたが、エロージョン問題への対策としてベルノズルに変更されました。また、H-IIロケットではSRBのノズルでロケット全体の重量を支える設計でしたが、H-IIAロケットでは本体下部で支える設計に変更され、ノズルの軽量化が可能になりました。さらに、3D-C/C複合材のスロートインサートを採用することで、信頼性とコスト削減を実現しています。

推力方向制御：MNTVCによる高精度制御

SRB-Aでは、電動アクチュエータを用いた可動ノズル推力方向制御(MNTVC)を採用し、ピッチ・ヨー方向の制御を実現しました。油圧式に比べて大幅な整備費の低減が達成されました。このシステムには、高出力小型電動モータ、大電力インバータ、高電圧熱電池などの開発が不可欠でした。

その他構成要素

ノーズコーンはCFRP製の一体成形、前部・後部アダプタはアルミセミモノコック構造で、それぞれ様々な機器を搭載しています。結合構造部は、SRB-Aをロケット本体に接続する重要な部分です。

分離方法と事故

SRB-Aは、コアロケットから真後ろに垂直分離する仕組みです。分離機構には、ヨーブレスとスラストストラットが用いられます。H-IIAロケット6号機では、ノズル破損による燃焼ガス漏洩が原因で分離に失敗する事故が発生しました。この事故を教訓に、SRB-A改良型、そしてSRB-A3へと改良が重ねられました。

各型式の特徴

SRB-A初期型からSRB-A3に至るまで、それぞれに特徴があります。初期型ではノズルエロージョン問題が発生しましたが、改良型ではベルノズル、長秒時型モータの採用で信頼性が向上しました。SRB-A3では、高圧型と長秒時型の2種類が用意され、ITE方式ノズルを採用することで、初期型と同等の能力と高い信頼性を両立しています。

まとめ

SRB-Aは、日本の固体ロケットブースター技術の進化を象徴する存在です。その開発には、CFRP一体成形モータケース、高圧燃焼技術、MNTVCなど、多くの革新的な技術が投入されました。H-IIA/H-IIBロケット、イプシロンロケットにおける長年の運用実績は、その高い信頼性を証明しています。H3ロケットでは、後継となるSRB-3が使用されていますが、SRB-Aの技術的遺産は、日本の宇宙開発において重要な役割を果たし続けています。

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