XS-1 (宇宙機)

DARPA XS-1

アメリカ国防高等研究計画局（DARPA）が推進したエクスペリメンタル・スペースプレーン（XS-1）計画は、小型人工衛星打ち上げにおける革新を目指したプロジェクトでした。その中心的なアイデアは、再使用可能な無人の宇宙機を開発し、従来の使い捨て型多段式ロケットの第1段としての役割を代替させることにありました。

計画のコンセプトと具体的な目標

XS-1は、打ち上げ後に準軌道まで上昇し、そこでマッハ10を超える極超音速での飛行性能を発揮すると構想されていました。この準軌道飛行中に、機体に搭載された使い捨ての上段ロケットを空中から放出し、これを用いてペイロードである小型衛星を地球低軌道に投入する仕組みです。衛星を放出した後、XS-1本体は地上基地へ自律的に帰還し、短時間での機体整備を経て次のミッションに備えることが求められました。計画の野心的な目標の一つは、わずか24時間以内のターンアラウンドタイムを実現し、10日間で10回の飛行という極めて高い運用頻度を達成することでした。

この計画には具体的な数値目標が設定されていました。ペイロード能力は当初1,400kgから始まり、最終的には約1,800kgの衛星を低軌道に投入することを目指しました。加えて、最も重要な目標の一つがコスト削減です。1フライトあたりの打ち上げ費用を500万ドル以下に抑えることで、当時の同規模の打ち上げにかかる費用（例えば、オービタル・サイエンシズ社のミノタウロスIV ロケットが年間1回の飛行で約5,500万ドルを要していた）から大幅な低減を図り、宇宙システム全体の経済性を劇的に改善することを目指しました。

歴史的背景と技術への期待

再使用可能な宇宙往還機の開発は、XS-1以前にも多くの試みが行われてきましたが、いずれも技術的な課題に直面し、成功には至っていませんでした。過去には1980年代のX-30や1990年代のX-33/ベンチャースターといった計画がありましたが、技術的な未熟さから実際の飛行が行われることなく中止されています。2000年代前半にDARPAが行ったRASCAL計画も、より小型のペイロード（約140kg）を低コストで打ち上げることを目指しましたが、これもまた困難なプロジェクトでした。

DARPAが2013年11月にXS-1計画を明らかにした際、計画マネージャーは、当時の技術の進歩が過去の失敗を乗り越える鍵となると強調しました。具体的には、軽量で高強度の複合材料を用いた機体構造やタンク、優れた耐久性を持つ熱保護システム、再使用に適した高性能な推進機関、そして航空機のように機体の状態を管理する高度なヘルスマネジメントシステムなどが、XS-1の実現可能性を支える要素として挙げられました。DARPAの担当者は、この計画の究極的な目的は「極超音速機による頻繁な宇宙アクセスを実現することで、宇宙システムのコストが上昇していくサイクルを打破すること」にあると説明しています。

開発の経緯と計画の終焉

XS-1計画は、いくつかの段階を経て進められました。2014年7月には、将来の機体設計案を具体化するための契約が、ボーイングとブルーオリジン、マステン・スペース・システムズとXCORエアロスペース、ノースロップ・グラマンとヴァージン・ギャラクティックといった3つの企業連合との間で締結されました。これらのチームは、それぞれ独自の機体コンセプト（スペースプレーン型や垂直離着陸型など）を提案しました。計画の進め方としては、DARPAが技術開発を主導し、国防総省への技術移管を必須としない形で企業と直接連携する方式が取られました。

初期設計が進められた後、2015年8月にはボーイング、ノースロップ・グラマン、マステン・スペース・システムズの3社が計画の次の段階であるフェーズ1Bへと移行し、追加の資金を得ました。続く2016年4月にはフェーズ2の開始が決定され、同年5月にはボーイングが提案する設計案「ファントム・エクスプレス (Phantom Express)」が、最終的な開発担当として選定されたことが発表されました。この際に採用された推進機関は、エアロジェット・ロケットダイン社製のAR-22エンジンでした。ボーイングのファントム・エクスプレスは、2020年初頭に最初の飛行試験を行うことが計画されていました。

しかし、目標達成に向けた開発は困難を伴いました。2020年1月22日、計画の主契約者であったボーイング社は、公式にXS-1の開発からの撤退を表明しました。この決定により、XS-1計画はフェーズ3へ移行することなく、事実上の開発中止となりました。革新的な宇宙アクセスとコスト削減を目指したDARPAのXS-1計画は、多くの期待を集めましたが、その目標を実現することなく幕を閉じることとなりました。しかし、再使用型宇宙輸送システムの開発における技術的課題と可能性を示す重要な事例として、宇宙開発史の一ページに刻まれています。

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