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いとはひでやま
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1 宇宙政策委員会第 3 回宇宙輸送システム部会資料 2-1 宇宙輸送システムの今後の在り方について 2013 年 4 月 24 日文部科学省研究開発局

2 項目 1. 我が国のロケット開発の経緯と評価について 2. 今後の在り方について - 次期基幹ロケット開発の要否に関する判断の視点真の意味での自律性の確保官需衛星打上げコストの削減国際競争力の向上による自律性確保コストの削減 - 次期基幹ロケットを開発する場合に考慮すべき事項 2

3 1. 我が国のロケット開発の経緯と評価について 3

4 機 Pencil Rocket Baby Rocket (S,T,R 計 13 機 ) Q/N Rocket 計画固体ロケット理学工学分野コミュニティが協力して自主技術として発展 K-Series 機 (K-9M 型 ) 点線は開発期間実線は運用期間機数は打上げ数 M-Series 機 1970 L-4S M-4S~M-3S 機 1985 M-3SII M-V Epsilon 機機 2013 開発中 4

5 ペンシルロケットからスタートし科学衛星打上げ用として進化を遂げ惑星探査まで可能な M-V ロケットまで理学工学分野のコミュニティが協力して自主技術として発展 M-V の最終打上げまでに計 28 機の科学衛星等を打上げ 2007 年に宇宙開発委員会にて機動的で迅速に成果をあげられる小型衛星を積極的に推進するとして M-V ロケットを終了しイプシロンロケット開発の方針を決定現在開発中のイプシロンロケットを本年夏に打上げ予定 5

米国から技術導入液体ロケット 1970 N-I 1975 1976 7 機 1981

機運用中 H-II H-IIA 1996 2001 1970 1980 1990

6 米国から技術導入液体ロケット 1970 N-I 機 1981 N-II 8 機 H-I 米国からの技術導入により開発を開始 H-IIロケットにて全段自主技術による開発を達成これまで初号機打上げ後に間を置かず次期ロケットの開発が開始されてきた機機運用中 H-II H-IIA 運用中 H-IIB 22 機 3 機点線は開発期間実線は運用期間機数は打上げ数 6

7 全段国産技術での開発実利用の需要に応える静止衛星 2 トン級 (GTO4 トン級 ) の打上げを方針として米国からの技術導入により開発を開始 (1984 年宇宙開発政策大綱改訂版 ) H-II ロケットが全段自主技術による開発を達成 (1994 年 ) H-IIA ロケットは H-II ロケットに比べてコストを半減 - コスト H-II( 約 190 億円 ),H-IIA( 約 100 億円 ( 現在 )) - 為替変動約 120 円 / ドル (H-IIA 運用開始 :2001 年 ), 一時 75 円台まで円高が進行 (2011 年 ), 約 100 円 / ドル ( 現在 ) 世界最高水準の打上げ成功率を達成 - H-IIA:95.5%(21/22), H-IIB:100%(3/3) - 計 36 機以上の衛星等を打上げ打上げ事業の民間移管を実施 (H-IIA:2007 年 H-IIB:2012 年 ) - 三菱重工業株式会社が打上げ輸送サービスを実施 7

8 キー技術とシステムインテグレーション技術の発展 - 選択と集中により着実に研究開発を重ね獲得進化してきたキー技術とこれらをシステムとして高度に統合するシステムインテグレーション技術について世界最先端の水準を達成 - ロケットシステムとしての高い信頼性に大きく寄与 ( キー技術 ) 推進薬として最高性能を有する液体水素 / 液体酸素ロケットエンジン技術当初から自主技術で進歩を重ね惑星探査も可能なM-VロケットやH-IIA/B ロケットのSRB-Aを実現するに至った固体ロケット技術誘導制御システム 8

9 2. 今後の在り方について 9

10 宇宙基本計画 ( 平成 25 年 1 月 25 日宇宙開発戦略本部決定 ) 宇宙輸送システムは宇宙基本計画において宇宙利用拡大と自律性確保を実現する社会インフラと位置付けられた宇宙輸送システムは我が国が必要とする時に必要な人工衛星等を独自に宇宙空間に打ち上げるために不可欠な手段でありその維持は我が国の宇宙活動の自律性確保の観点から重要である今後とも将来に向けて自律的な宇宙輸送能力を保持していくために人材や施設を含めた産業基盤の維持強化発展が必要である 10

11 宇宙基本計画 ( 平成 25 年 1 月 25 日宇宙開発戦略本部決定 ) 宇宙輸送システムの産業基盤の維持には毎年一定数の打ち上げ機会を確保する必要がありこれまでは政府衛星を基本として考えてきたが今後は海外や国内商用衛星を含めて打ち上げ機会を確保する方策が必要である今後長期にわたり我が国が自律的な宇宙輸送能力を保持し続けていくためには十分な打ち上げ機会や開発機会の確保国際競争力の向上射場等のインフラの効率的な整備や維持等様々な課題に対処する必要があるそのためこれまでの我が国ロケット開発の実績を十分に評価しつつより中長期的な観点から基幹ロケット物資補給や再突入サブオービタル飛行極超音速輸送有人宇宙活動再使用ロケット等を含め我が国の宇宙輸送システムの在り方について速やかに総合的検討を行いその結果を踏まえ必要な措置を講じる 11

12 安全保障的視点財政的視点12 次期基幹ロケット開発の要否に関する判断の視点真の意味での自律性の確保 - 重大トラブルへの対応能力の確保 - 新規ロケット開発能力の確保 - 宇宙産業の基盤の確保官需衛星打上げコストの削減国際競争力向上による自律性確保コストの削減

13 (1) 安全保障的視点社会インフラとしての宇宙輸送システムの自律性確保重大トラブルへの対応能力新規ロケット開発能力の確保技術基盤産業基盤人材により支えられる一定サイクルでの新規開発 13

14 5~10 年程度で継続的に開発 ( 諸外国の例 ) 開発運用 Proton( 露 ) Delta( 米 ) Soyuz( 露 ) Soyuz U Proton Proton K DeltaII 1970 代中頃諸外国でも初号機打上げ後にそれほど間を置かず新規ロケットの開発が開始されてきた 1973 Soyuz U Atlas( 米 ) 1982 Atlas II DeltaIII 1995 Atlas III DeltaIV 1995 Atlas V Falcon( 米 ) FG 2002 Falcon Angara Falcon 9 Falcon Heavy 2 1a 2 1b CSG Ver Ariane( 欧 ) ArianIV ArianeV G Proton M ECA 2002 ES ME Ariane

15 一定サイクルの新規開発がない場合の影響の例宇宙分野の例 NASA のシニアエンジニアの再雇用 - 米国ではロケットエンジン開発に 10 年の空白期間が生じたことで新規エンジン開発知見経験が散逸 - 高齢技術者の支援を受けてエンジン開発を再開ロシアの例年 8 月までの約 18 ヶ月間でロシアは 7 回の打上げ失敗により計 10 機の衛星等を喪失 - 宇宙開発大国ロシアを支えてきた宇宙産業分野の技術力及び人材ポテンシャル低下 ( 中間層不足 ) による品質劣化が一因の見解 - 現在のロシア宇宙産業の人材構成は 60 歳以上か 30 歳以下となっており中間層が欠落している (2011 年 12 月 23 日 RIA Novosti) 15

一定サイクルの新規開発がない場合の影響の例 NASA のシニアエンジニア再雇用 1960 1970 1980 1990 2000 2010 現在 2020 新規技術開発経験者の減少新規エンジン開発エンシ

技術ギャップアポロ時代に開発したエンジンの再開発一つのエンジンは開発に失敗 Ref: Development of the J-2X Engine for the Ares I Crew Launch

16 一定サイクルの新規開発がない場合の影響の例 NASA のシニアエンジニア再雇用現在 2020 新規技術開発経験者の減少新規エンジン開発エンシン改良開発改良開発後の空白期間 : 約 10 年新規開発後の空白期間 : 約 20 年シニアエンジニア再雇用シニアエンジニアの多くはプロジェクト途中で支援継続困難に新規エンジン開発開発の空白期間技術ギャップアポロ時代に開発したエンジンの再開発一つのエンジンは開発に失敗 Ref: Development of the J-2X Engine for the Ares I Crew Launch Vehicle and the Ares V Cargo Launch Vehicle: Building on the Apollo Program for Lunar Return Mission, NASA. 16

17 新規開発に必要な人材の枯渇のおそれ経験人材の退職 - ロケットの新規開発にはこれまでのノウハウの継承過去のロケット開発経験者によるシステムインテグレーションの統率が不可欠 - このために必要な H-II ロケット新規開発経験者は現在 45 歳以上 2020 年には大多数が退職の見込み - 基幹ロケットの開発期間は H-II( 新規開発 ) が約 10 年 H-IIA( アップグレード開発 ) が約 6 年人数 ~24 25~29 若手の開発経験の不足はすでに顕在化 30~34 35~39 40~44 年齢 45~49 50~54 55~59 人数維持 H-IIB H-IIA H-II H-I N 開発機種 ~24 25~29 30~34 35~39 40~44 45~49 50~ 年 2020 年年齢ロケットシステム開発技術者の年齢構成 (A 社データ ) 55~59 N 維持 H-IIB H-IIA H-II H-I 開発機種 2020 年頃には H-II 以前のシステム開発経験者はほぼ散逸前提 : 新規ロケット開発がない 17

18 トラブル対応にかつての開発経験者が必要だった例ロケット開発運用トラブルへの対応には開発経験者が不可欠 - ( 事例 1) ターボポンプのインデューサ ( 液体酸素供給用回転部品 ) の不具合の解決 - ( 事例 2) ロケットの衛星搭載部の振動への対応 - ( 事例 3) バルブ不具合の解決 ( 事例 1) ( 事例 2) ( 事例 3) 用途ロケットのタンクに推進薬を注入排出を制御ロケットのフライト中はタンク内の推進薬を保持耐圧性能 (MPaD) 現設計改良設計 18

19 安全保障的視点からの基幹ロケット開発に係る考察 H-II ロケット, H-IIA ロケット開発からの空白期間が長期化 - H-II の開発開始からはすでに約 30 年が経過しており新規ロケット開発に空白期間 - H-IIA へのアップグレード開発の開始からも約 17 年が経過重大トラブルへの対応能力新規ロケット開発能力及び宇宙産業基盤の維持が困難自律性の維持が困難な状況次期基幹ロケットの開発着手が必要 ( 参考 ) 宇宙基本計画 ( 抜粋 ) 我が国のロケット開発の実績を十分に評価しつつ我が国の宇宙輸送システムの在り方について速やかに総合的検討を行いその結果を踏まえ必要な措置を講じる ( 今後 10 年程度の目標 ) 我が国が必要とする衛星等を必要な時に独力かつ効率的に打ち上げる能力を維持強化発展させる 19

20 (2) 財政的視点次期基幹ロケット新規開発によりコスト低減の見込み - 現在 170 億円 / 年の維持コストの低減 - 現在 100 億円 / 機の打上げ費用の低減官需衛星打上げコストの節減官需衛星の打上げについて H-IIA 継続運用に比べ 30 年間で約 3000 億円程度新規開発費を含めても政府支出を大幅に削減見込み ( 試算 ) 副次的効果国際競争力の向上打上げコストの低減は国際競争力の向上による民間衛星打上げ受注に貢献宇宙産業基盤の強化に貢献自律性確保コストの低減に貢献 20

21 コスト削減用コス削減運基幹ロケットに係る国費負担のイメージロケット開発費ロケットの新規開発又は改良開発の経費打上費ロケットの製造打上げに要する費用維持費ロケット性能の維持のための費用ロケット専用製造設備打上設備の維持のための費用ロケット開発費将来のコスト低減を見込んだ先行投資打上費打上費ロケット開発費削減運ト打上費維持費維持費現在新規開発中新規開発後用コスト維持費将来の21

22 長期運用コストの低減オプション今後の長期的な基幹ロケット運用のコスト低減策の比較 (3 つのオプションを検討 ) H-IIA ロケットの基本仕様を維持するもの (1,2) 1 オプション 1(H-IIA 継続運用 ) H-IIA ロケット及び関連地上設備を現在のまま継続運用 2 オプション 2(H-IIA 改良 ) H-IIA ロケット基本仕様の大幅な変更をせず実施可能な範囲で改良を実施機体 ( 主に改良 ) 第 1 段エンジンの新規開発機体構造の低コスト化アビオニクス改良打上げインフラ全システム自律点検化 ( 第 1 段のみ ) 自律飛行安全 ( 一例 ) 22

23 次期基幹ロケットの開発に着手するもの (3) 3 オプション 3( 次期基幹ロケットの新規開発 ) 機体と設備の基本構成の見直しを含めた新規開発機体 ( 全体新規開発 ) 第 1 段第 2 段エンジンの新規開発第 1 段機体第 2 段機体の新規開発アビオニクス刷新横置き整備棟打上げインフラ全システム自律点検化 ( 第 1 段第 2 段 ) 自律飛行安全 ( 一例 ) 23

24 年間運用コスト各オプションの 1 年間当たりの開発費打上費維持費を試算平成 24 年 10 月 25 日文部科学省宇宙開発利用部会ロケット開発運用の推進方策に向けてにおける試算をもとに作成 H-IIA ロケット基本仕様を維持次期基幹ロケットの開発オプション 1 (H-IIA 継続運用 ) オプション 2 (H-IIA 改良 ) オプション 3 ( 全機体新規開発 ) 開発費 - 1,000 億円 1,900 億円打上費 100 億円 / 機 80 億円 / 機 50~65 億円 *1) / 機維持費 *2) 170 億円 145 億円 85 億円本表の数値は試算のための概算値 *1) GTO3.5 トン級打上げ形態は SSO 打上げ形態に対しプラス 10~15 億かかるここではプラス 15 億として記載 *2) 維持費は過去 3 年間の予算の平均値 24

維持費の内訳維持費の大幅な削減のためにはロケット機体と地上設備の一体的な更新が必要

種子島打上設備の老朽化更新 22 億円 24 億円次期基幹ロケット開発後およそ半減

25 維持費の内訳維持費の大幅な削減のためにはロケット機体と地上設備の一体的な更新が必要現状ロケットの性能維持のための費用フライトデータ試験データの取得分析による信頼性確保ロケット部品の枯渇対策等 15 億円 35 億円ロケット専用製造設備打上設備の維持のための費用専用製造設備の維持保全老朽化更新種子島打上設備の老朽化更新 22 億円 24 億円次期基幹ロケット開発後およそ半減打上費種子島打上設備の維持整備 74 億円維持費現在の運用コストロケット機体及び打上げ設備等を一体で新規開発した場合 25

26 年間コストから長期運用コストを試算 - 試算条件 30 年間を想定 ( 開発 8 年 + 運用 22 年 ) 官需衛星を 3 機 (/ 年 ) 打ち上げる前提長期運用コストの試算 H-IIA 改良又は次期基幹ロケット開発が完了するまでは H-IIA を 8 年間維持運用しその費用を含む H-IIA ロケット基本仕様を維持次期基幹ロケットの開発オプション 1 (H-IIA 継続運用 ) オプション 2 (H-IIA 改良 ) オプション 3 ( 全機体新規開発 ) 開発費 - 1,000 億円 1,900 億円打上費 9,000 億円 7,700 億円 5,700 億円 *) 維持費 5,100 億円 4,600 億円 3,300 億円 30 年長期運用コスト 14,100 億円 13,300 億円 ( 800 億円 ) 10,900 億円 ( 3,200 億円 ) 平成 24 年 10 月 25 日文部科学省宇宙開発利用部会ロケット開発運用の推進方策に向けてにおける試算をもとに作成 *) SSO 打上げ年 3 機の場合 GTO 3.5 トン級衛星の打上げを 2 年に 1 機程度想定する場合は打上費がプラス 150 億円 26

27 財政的視点からの考察新規開発による維持運用費の大幅削減によって 30 年間の長期運用コストを 3000 億円程度削減可能な見込み官需衛星打上げコストの削減副次的効果として国際競争力の向上による自律性確保コストの低減 27

28 (3) 次期基幹ロケットを開発する場合に考慮すべき事項 1 多様化する宇宙利用ニーズに柔軟に対応できる打上げ能力の獲得衛星打上げ需要 - 国内官需衛星 SSO2~3ton 級へと中型にシフト - 商業静止軌道衛星分析にばらつきあり ( 分析 1)GTO7ton 以上の衛星が増える傾向 ( 分析 2)GTO7ton 以上衛星は増えず 3.5~4.5ton 中型衛星が増える傾向 H-IIA の打上げ能力 - SSO4.4ton/GTO2.9ton(ΔV=1,500m/s) の打上げ能力のため今後の衛星のサイズ動向に鑑みると効率的な打上げが困難又は不可能モジュラー化による柔軟な打上げ能力 ( イメージ ) このため多様な打上げ需要に柔軟に対応できるモジュラー化されたシステムが適切なおモジュラー化システムにおいては機体の横置き整備を実現しコスト低減を図ることが重要 28

29 国内の衛星サイズ動向 ( 参考 ) 多様化する利用ニーズボリュームゾーン SSO2~3ton 級ボリュームゾーン GTO2.5~3.5ton 級小型化の傾向 2 トン弱 ~3 トンが主流国内の太陽同期軌道 (SSO) 衛星のサイズ動向 (JAXA 調査 ) 国内の官需衛星の需要 (JAXA 調査 ) 商業静止軌道衛星のサイズ動向 GTO2.5~ 3.5ton 級増加 GTO2.5~ 3.5ton 級増加 GTO6~7ton 級増加 GTO5.5~6.5ton 級増加 (Euroconsult 調査 ) (Futron 調査 ) 商業静止軌道衛星のサイズ動向商業静止軌道衛星のサイズ動向 29

30 ( 参考 ) 将来の海外ロケットの動向各国においても 2010 年代中頃から 2020 年代初めにかけて今後の利用ニーズを踏まえた新規ロケットを開発中 2013 年 3 月 28 日第 1 回宇宙輸送システム部会鯨井委員ご説明資料より抜粋 30

31 2 将来輸送系に向けた取組次期基幹ロケットの開発は高い安全性信頼性を持つ技術基盤産業基盤を確立し将来輸送系につなげるために不可欠となる中間ステップ将来輸送系のために必要な主要技術課題について次期基幹ロケット開発を通じて着実かつ効率的に克服し効率的段階的に技術レベルを向上 ( 開発展開イメージ ) 再使用ロケットイプシロン H-IIA 自律性確保コストダウン多様なニーズ対応将来輸送系に向けた技術の獲得改良型固体ロケット次期基幹ロケット特徴を活かし両方を使い分け使い切りロケット ( 液体固体 ) 31

宇宙開発委員会推進部会 GXロケット評価小委員会（第8回）議事録・配付資料［資料8－1］

宇宙開発委員会推進部会 GXロケット評価小委員会（第8回）議事録・配付資料［資料8－1］資料 8-1 各国の中型ロケット等に係る動向平成 20 年 6 月 30 日宇宙航空研究開発機構米国の動向 (1/2) 2005 年 1 月に発表された米国宇宙輸送政策において政府系の中大型衛星の打上げは基本的に EELV(Evolved Expendable Launch Vehicle) を使用する方針を掲げている EELV(Atlas V Delta IV) はともにモジュール化されたステージのクラスターにより