新型基幹ロケットに関する検討状況について

Transcription

1 資 料 12-3 科 学 技 術 学 術 審 議 会 研 究 計 画 評 価 分 科 会 宇 宙 開 発 利 用 部 会 ( 第 12 回 )H 新 型 基 幹 ロケットに 関 する 検 討 状 況 について 平 成 25(2013) 年 9 月 4 日 宇 宙 航 空 研 究 開 発 機 構 理 事 遠 藤 守

2 目 次 1. 我 が 国 の 宇 宙 輸 送 システムの 概 要 2. 新 型 基 幹 ロケットについて (1) 我 が 国 の 宇 宙 輸 送 事 業 の 目 指 す 姿 (2) 新 型 基 幹 ロケット 検 討 フロー (3) 要 求 分 析 (4) 要 求 事 項 (ミッション 要 求 運 用 要 求 安 全 要 求 ) (5) 総 合 システムのコンセプト (6) 開 発 計 画 補 足 A 液 体 ロケット 開 発 経 緯 補 足 B 動 向 分 析 の 結 果 補 足 C エンジン 開 発 高 信 頼 性 開 発 プロセス 補 足 D 大 型 ロケットの 世 界 動 向 1

3 1. 我 が 国 の 宇 宙 輸 送 システムの 概 要 2

4 我 が 国 の 宇 宙 輸 送 システム 60m 40m 20m ロケット 名 H-IIAロケット H-IIBロケット イプシロンロケット 全 長 約 53m 約 57m 約 24m 推 進 薬 液 体 ( 液 体 酸 素 / 液 体 水 素 ) 液 体 ( 液 体 酸 素 / 液 体 水 素 ) 固 体 成 功 / 打 上 21/22 4/4 平 成 25 年 度 9 月 打 上 予 定 打 上 成 功 率 95.4% 100% - 打 上 能 力 GTO(*):4.0ton(202 形 態 ) 5.8ton(204 形 態 ) SSO(*):3.9ton(202 形 態 ) GTO(*):8トン HTV 軌 道 :16.5トン LEO:1,200kg SSO:450kg( 高 度 500km) (*)GTO 打 上 げ 能 力 は 静 止 化 増 速 量 :1,800m/sの 場 合 SSO 打 上 能 力 は 高 度 800kmの 場 合 3

5 液 体 燃 料 ロケットの 経 緯 米 国 から 技 術 導 入 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 N-I 機 N-II 機 H-I 機 機 運 用 中 H-II H-IIA 運 用 中 H-IIB 22 機 4 機 点 線 は 開 発 期 間 実 線 は 運 用 期 間 機 数 は 打 上 げ 数 4

6 H-IIAロケット 自 律 的 な 宇 宙 開 発 利 用 活 動 の 展 開 を 可 能 とする 我 が 国 の 基 幹 ロケット 欧 米 に 比 べて 格 段 に 少 ない 費 用 で 世 界 に 比 肩 するロケット を 開 発 連 続 16 機 の 打 上 げに 成 功 ( 成 功 率 :95.4% 主 要 ロケットの 初 期 成 功 率 で 世 界 最 高 水 準 ) 2006 年 度 には 民 間 移 管 完 了 三 菱 重 工 業 (MHI)による 打 上 げサービスにより 13 号 機 から10 機 の 打 上 げに 成 功 21 号 機 で 初 の 商 業 打 上 げ( 韓 国 衛 星 )を 実 施 し 成 功 JAXAでは H-IIA/H-IIBの 信 頼 性 向 上 の 取 り 組 みに 注 力 参 考 民 間 移 管 後 の 打 上 げ 実 施 体 制 同 規 模 のロケット 開 発 費 の 比 較 $2,500M デルタ4 ( 米 国 ) $2,200M アトラス5 ( 米 国 ) 1,870 億 円 *1) H-IIA+H-IIB ( 日 本 ) *1) 試 験 機 地 上 設 備 費 用 含 む 信 頼 性 向 上 含 まず 主 要 ロケット 開 発 初 期 20 機 打 上 げ 成 功 率 ロケット 初 期 の 成 功 数 成 功 率 (%) アトラスV 19/20 95% デルタ4 19/20 95% アリアン5 19/20 95% ソユーズU 19/20 95% プロトンM 18/20 90% 長 征 3 16/20 80% 平 均 91.66% H-IIA 19/20 95% JAXA 衛 星 の 打 上 げについても 商 業 衛 星 と 同 様 にMHIより 打 上 げサービスを 購 入 打 上 げサービスでは MHIは 打 上 げ 事 業 者 として 衛 星 軌 道 投 入 までの 業 務 等 (ロケット 製 造 衛 星 インタフェース 作 業 射 場 整 備 作 業 及 び 打 上 げ 等 )を 実 施 JAXAは 地 上 海 上 およびロケット 飛 行 中 の 安 全 を 確 保 するため の 打 上 げ 安 全 監 理 業 務 を 実 施 型 式 H2A202 H2A204 打 上 げ 能 力 (GTO 換 算 ) (ΔV=1,800m/s) 約 4.0ton 4Sフェアリング 約 5.8ton 5Sフェアリング 5

7 H-IIBロケット 宇 宙 ステーション 補 給 機 (こうのとり) 打 上 げと 国 際 競 争 力 確 保 を 目 的 として H-IIAロケットを 基 本 として 開 発 官 民 が 共 同 で 開 発 を 行 なうこととし 民 間 の 主 体 性 責 任 を 重 視 した 開 発 プロセスを 採 用 2009 年 9 月 11 日 の 試 験 機 打 上 げ 以 来 これまでに4 機 連 続 で 予 定 された 日 時 秒 に 打 上 げを 成 功 2013 年 8 月 4 日 に 打 上 げた4 号 機 から H-IIAと 同 様 のMHI による 打 上 げサービスを 開 始 JAXAでは H-IIA/H-IIBの 信 頼 性 向 上 の 取 り 組 みに 注 力 全 長 約 56m 1 段 直 径 5.2m HTV 用 フェアリング HTV 第 2 段 液 体 水 素 タンク 第 2 段 液 体 酸 素 タンク 第 2 段 エンジン (LE-5B) 第 1 段 液 体 酸 素 タンク 第 1 段 液 体 水 素 タンク 固 体 ロケットブー スタ(SRB-A) 第 1 段 エンジン (LE-7A 2 基 ) 1 段 2 段 SRB-A 全 長 全 備 質 量 タンク 直 径 推 進 薬 質 量 エンジン 推 力 タンク 直 径 推 進 薬 質 量 エンジン 推 力 推 進 薬 質 量 装 着 基 数 H-IIBロケット 約 57m 約 530トン 5.2m 176トン LE-7A 2 基 112トン 2 4m 16.7トン LE-5B 1 基 14トン 66トン/ 本 4 本 H-IIA204 型 ( 参 考 ) 約 53m 約 445トン 4m 100トン LE-7A 1 基 112トン H-IIB2 号 機 打 上 げ 2011 年 1 月 22 日 6 同 左 同 左

8 固 体 燃 料 ロケットの 経 緯 Pencil Rocket 機 Baby Rocket (S,T,R 計 13 機 ) Q/N Rocket 計 画 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 7

9 イプシロンロケット 小 型 衛 星 の 打 上 げに 我 が 国 として 自 律 的 に 対 応 するた めの 機 動 性 運 用 性 に 優 れる 固 体 ロケット ( 日 本 独 自 で 培 った 技 術 世 界 一 の 運 用 性 ) M-V 及 びH-IIAで 培 った 技 術 を 最 大 限 に 活 用 したイプシ ロンロケットを 開 発 2010 年 8 月 の 宇 宙 開 発 委 員 会 にて 開 発 移 行 が 承 認 2011 年 1 月 に 打 上 げ 射 場 を 内 之 浦 とすることを 決 定 平 成 25 年 9 月 に 試 験 機 により 惑 星 分 光 観 測 衛 星 (SPRINT-A)を 打 上 げ 予 定 ロケット 衛 星 ともに 早 期 に 打 上 げ 実 績 を 重 ねつつ 段 階 的 に 低 コスト 化 を 目 指 す ランチャー 旋 回 試 験 (2013 年 4 月 内 之 浦 射 点 にて 実 施 ) M-V イプシロン 全 長 30.8 m 24.4 m 直 径 ( 代 表 径 ) 2.5 m 2.5 m 推 進 薬 3 段 部 固 体 固 体 軌 道 投 入 能 力 地 球 周 回 低 軌 道 太 陽 同 期 軌 道 軌 道 投 入 精 度 30m 20m 10m 2 段 部 固 体 固 体 1 段 部 固 体 固 体 1,800kg - - 1,200kg 450kg 液 体 ロケット 並 み 左 : 基 本 形 態 右 :オプション 形 態 (PBS 付 き) ( 注 ) 液 体 ロケット 並 みの 軌 道 投 入 精 度 に 対 応 す るため 小 型 液 体 推 進 系 を 搭 載 したオプション 形 態 を 有 する PBS:ポスト ブースト ス テージ 射 場 作 業 期 間 (1 段 射 座 据 付 けから 打 上 げ 翌 日 まで) 42 日 7 日 上 段 サフ サイス モータ 地 上 燃 焼 試 験 (2011 年 9 月 能 代 ロケット 実 験 場 にて 実 施 ) 衛 星 最 終 アクセスから 9 時 間 3 時 間 衛 星 フェアリング 音 響 試 験 打 上 げまで (2013 年 2 月 筑 波 宇 宙 センターにて 実 施 ) 8

10 2. 新 型 基 幹 ロケットについて (1) 我 が 国 の 宇 宙 輸 送 事 業 の 目 指 す 姿 (2) 新 型 基 幹 ロケット 検 討 フロー (3) 要 求 分 析 (4) 要 求 事 項 (ミッション 要 求 運 用 要 求 安 全 要 求 ) (5) 総 合 システムのコンセプト (6) 開 発 計 画 9

11 (1) 我 が 国 の 宇 宙 輸 送 事 業 の 目 指 す 姿 我 が 国 における 宇 宙 輸 送 システムの 位 置 付 け 宇 宙 基 本 計 画 ( 平 成 25 年 1 月 25 日 宇 宙 開 発 戦 略 本 部 決 定 ) 3-1. 宇 宙 利 用 拡 大 と 自 律 性 確 保 を 実 現 する4つの 社 会 インフラ D. 宇 宙 輸 送 システム 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 平 成 26 年 度 宇 宙 開 発 利 用 に 関 する 戦 略 的 予 算 配 分 方 針 ( 経 費 の 見 積 り 方 針 ) ( 平 成 25 年 6 月 4 日 内 閣 府 宇 宙 戦 略 室 ) 1. 平 成 26 年 度 概 算 要 求 に 向 けた 重 点 化 の 方 針 (2) 自 律 性 確 保 の 視 点 宇 宙 へのアクセスの 自 在 性 を 確 保 することは 我 が 国 の 宇 宙 政 策 の 大 前 提 である 従 って 自 前 の 輸 送 システムを 保 持 することが 必 要 であり 直 ちに 必 要 な 措 置 を 講 じるべきである 2. 重 点 化 すべき 事 業 (4) 新 たな 基 幹 ロケット( 部 分 抜 粋 ) 輸 送 系 の 全 体 像 を 明 らかにし 我 が 国 の 総 合 力 を 結 集 して 新 型 基 幹 ロケットの 開 発 に 着 手 する 10

12 (1) 我 が 国 の 宇 宙 輸 送 事 業 の 目 指 す 姿 新 型 基 幹 ロケットの 目 的 意 義 安 全 保 障 を 中 心 とする 政 府 需 要 等 に 応 える 自 律 的 持 続 可 能 な 宇 宙 輸 送 システム を 構 築 すること 我 が 国 の 宇 宙 輸 送 事 業 の 目 指 す 姿 1 自 律 的 な 宇 宙 へのアクセス 確 保 ロケット 開 発 運 用 能 力 を 国 として 保 持 し かつ 開 発 運 用 中 の 不 具 合 等 を 解 決 する 技 術 能 力 を 保 持 して 打 上 げを 安 定 して 継 続 できる 状 態 2 持 続 可 能 な 宇 宙 輸 送 システムの 実 現 宇 宙 輸 送 コストをライフサイクル 全 体 で 低 減 して 効 率 的 に 宇 宙 輸 送 事 業 を 実 施 できる 状 態 産 業 基 盤 維 持 のために 国 際 競 争 力 を 有 する 新 型 基 幹 ロケットにより 民 間 事 業 者 が 主 体 的 に 打 上 げサービス 事 業 を 展 開 拡 大 していける 姿 11

13 (1) 我 が 国 の 宇 宙 輸 送 事 業 の 目 指 す 姿 新 型 基 幹 ロケットの 開 発 により 自 律 的 かつ 持 続 可 能 な 事 業 構 造 への 転 換 を 図 る 打 上 げコスト 低 減 で 宇 宙 利 用 を 拡 大 維 持 費 の 抜 本 低 減 で 政 府 支 出 を 効 率 化 事 業 規 模 の 低 減 分 を 商 業 受 注 および 輸 出 拡 大 で 補 い 産 業 基 盤 を 維 持 強 化 技 術 競 争 力 を 強 化 し 国 際 協 働 を 促 進 システムインテグレーション 技 術 を 含 め 将 来 にわたる 競 争 力 を 継 続 的 に 確 保 現 状 目 指 す 姿 輸 送 系 の 年 間 維 持 維 持 費 新 たな 宇 宙 利 用 の 拡 大 強 化 へ (0.5~1 機 / 年 追 加 へ) 技 術 / 産 業 基 盤 を 持 続 的 に 維 持 強 化 し 我 が 国 の 輸 送 系 を 段 階 的 に 発 展 維 持 費 官 需 年 間 3 機 ( 衛 星 経 費 の 一 部 ) イプシロン 年 間 0.5~1 機 H-IIA3 機 イフ シロン0.5~1 機 ( 民 需 なし) 0.5~1 機 / 年 追 加 新 型 基 幹 3 機 (SSO 2 GTO 中 1) イフ シロン2 機 商 業 受 注 国 際 協 働 官 需 3.5~4 機 / 年 へ ( 打 上 げコスト 削 減 による 利 用 促 進 ) イフ シロン 改 良 年 間 2 機 (うち 1 機 は 海 外 政 府 衛 星 等 ) 競 争 力 で 商 業 受 注 と 国 際 協 働 拡 大 官 需 打 上 げ 及 び 商 業 受 注 により 産 業 基 盤 維 持 強 化 12

14 (2) 新 型 基 幹 ロケット 検 討 フロー 以 下 のフローに 基 づいて 新 型 基 幹 ロケットのコンセプトを 検 討 中 要 求 分 析 に 基 づきミッション 要 求 と 運 用 要 求 を 設 定 し これに 国 が 責 任 を 負 う 安 全 要 求 も 加 え 要 求 事 項 の 実 現 の 考 え 方 と 共 に ロケットのコンフィギュレーション 選 定 を 含 む 総 合 システムのコンセプトを 検 討 中 要 求 事 項 安 全 要 求 地 上 安 全 飛 行 安 全 デブリ 対 策 (4) 項 ミッション 要 求 打 上 げ 能 力 打 上 げコスト 維 持 コスト 年 間 打 上 げ 可 能 機 数 (4) 項 要 求 分 析 需 要 動 向 分 析 顧 客 要 望 意 識 調 査 競 合 分 析 (3) 項 運 用 要 求 契 約 ~ 打 上 げ 期 間 ミッション 解 析 期 間 打 上 げ 間 隔 衛 星 系 整 備 (4) 項 コンセプト 総 合 システム ロケット 機 体 射 点 系 地 上 設 備 飛 行 安 全 システム 通 信 系 システム (5) 項 13

15 (3) 要 求 分 析 結 果 概 要 (1/2) ミッション 要 求 の 検 討 にあたり 要 求 分 析 を 実 施 結 果 概 要 を 以 下 に 示 す ( 詳 細 は 補 足 B 参 照 ) 1 政 府 衛 星 需 要 動 向 SSO 衛 星 は 年 間 1.5 機 程 度 で 質 量 のボリュームゾーンは2 ~3トン 級 GTO 準 天 頂 衛 星 は 年 間 0.5 機 程 度 で 質 量 は3.5トン 級 (~ 4トン 級 ) 2 商 業 衛 星 需 要 動 向 年 間 機 数 は20~25 機 / 年 (2020~2030 年 )となり 微 増 傾 向 質 量 は3~6トン 級 まで 幅 広 いレンジでばらつく 10 国 内 衛 星 ( 観 測 測 位 気 象 政 府 科 学 探 査 ) 科 学 探 査 3 2 利 用 政 府 系 1 0 SSO800km トン 級 SSO500km GTOΔV1500m/s ( 出 典 )JAXA 調 査 結 果 衛 星 数 ( ) ボリュームゾーン SSO2~3トン 級 ボリュームゾーン GTO3.5トン 級 1 政 府 衛 星 需 要 動 向 2 商 業 衛 星 需 要 動 向 14

16 (3) 要 求 分 析 結 果 概 要 (2/2) 3 顧 客 要 望 意 識 調 査 ロケットを 選 定 する 上 では 打 上 げ 価 格 と 信 頼 性 が 最 も 重 要 打 上 げスケジュールの 柔 軟 性 / 確 実 性 も 重 要 な 要 素 4 衛 星 の 技 術 動 向 大 電 力 化 とスマートバス 化 静 止 通 信 衛 星 のハイパワー 化 全 電 化 衛 星 ( 高 比 推 力 の 電 気 推 進 ) 衛 星 質 量 の 大 幅 軽 減 5 競 合 ロケット 分 析 FALCON 9 Ver1.1( 米 ) :シンプルな 機 体 構 成 による 信 頼 性 の 高 さと 低 価 格 をアピール Ariane6( 欧 ) :トリプルセブン(GTO:7ton 価 格 : 70M 開 発 期 間 :7 年 )を 発 表 シングルロンチを 基 本 (Ariane5はデュアルロンチが 基 本 ) Angara( 露 ) :Proton/Soyuzに 代 わり Angaraでラインナップを 刷 新 し 一 元 化 GSLV( 印 ) :GTO4トン 級 のGSLV Mk-IIIを 開 発 中 (スケジュールは 不 透 明 ) 長 征 5 号 ( 中 ) : 軽 量 級 から 重 量 級 まで 対 応 可 能 な 長 征 5 号 シリーズを 開 発 中 ITAR 規 制 ( 国 際 武 器 取 引 規 制 )により 事 実 上 商 業 衛 星 打 上 げは 困 難 3 顧 客 要 望 意 識 調 査 4 衛 星 の 技 術 動 向 15

17 (4) 要 求 事 項 ~ミッション 要 求 運 用 要 求 ( 案 )~ 主 なミッション 要 求 ( 案 ) 運 用 要 求 ( 案 )を 以 下 に 記 す ミ ッ シ ョ ン 要 求 大 分 類 打 上 げ 能 力 軌 道 投 入 精 度 打 上 げ 価 格 設 備 維 持 コスト 項 目 項 目 中 分 類 打 上 げ 能 力 SSO 軌 道 打 上 げ 能 力 GTO 軌 道 軌 道 投 入 精 度 打 上 げ 価 格 設 備 維 持 コスト 年 間 打 上 げ 可 能 機 数 要 求 事 項 3ton/ 高 度 800km 2ton~6.5ton ( ) ( 衛 星 静 止 化 増 速 量 V1500m/s) H2Aと 同 等 現 行 基 幹 ロケットの 半 額 程 度 を 目 標 とする 現 行 基 幹 ロケットの 設 備 維 持 コストの 半 額 程 度 を 目 標 とする 6 機 対 応 可 能 なこと 要 求 事 項 契 約 ~ 打 上 げ ミッションモディフィケーション( 個 々の 衛 星 の 要 求 に 適 合 させるために 必 要 な 作 業 )が 不 要 な 標 準 インタフェース 衛 星 に 対 して 競 合 ロケットより 短 期 間 で 打 上 げ 可 能 とする 運 用 要 求 ミッション 解 析 ミッション 解 析 期 間 を 競 合 ロケットと 同 等 以 下 に 短 縮 する 打 上 げ 間 隔 衛 星 系 整 備 打 上 げスケジュールの 柔 軟 性 を 実 現 する 為 に 打 上 げ 間 隔 を1ヶ 月 以 下 (TBD)とする 任 意 の1ヶ 月 (TBD)を 打 上 げスロットとして 設 定 可 能 とする ロケットとの 結 合 作 業 期 間 を 短 縮 する 同 一 建 屋 での 衛 星 点 検 /PAF 結 合 / 推 進 薬 充 填 を 可 能 とすること ロケットとの 作 業 干 渉 を 発 生 させないこと 打 上 げ 時 人 員 残 留 可 能 な 建 屋 を 確 保 すること 16

18 (4) 要 求 事 項 ~ 安 全 要 求 ( 案 )~ 国 が 責 任 を 負 うべき 主 な 安 全 要 求 ( 案 )を 以 下 に 記 す 地 上 安 全 と 飛 行 安 全 の 要 求 は 従 来 のものと 基 本 的 に 同 じだが デブリ 対 策 については 新 型 基 幹 ロケットの 運 用 開 始 時 には 世 界 的 なトレンドとなっていることが 想 定 されることから 新 たに 設 定 する 項 目 地 上 安 全 要 求 事 項 ロケットの 推 進 薬 量 に 応 じて 設 定 する 保 安 距 離 から 警 戒 区 域 を 設 定 し 人 員 の 立 ち 入 りを 制 限 すること 打 上 げ 時 の 落 下 物 飛 行 中 に 投 棄 する1 段 機 体 等 が 陸 域 に 落 下 しないこと 飛 行 安 全 異 常 飛 行 時 の 被 害 防 止 機 体 に 異 常 が 発 生 した 場 合 には 飛 行 中 断 システムにより 意 図 しない 地 域 へ の 落 下 を 防 止 すること デブリ 対 策 航 空 機 および 船 舶 飛 行 経 路 を 航 路 から 極 力 離 し 事 前 に 飛 行 経 路 を 通 報 すること ミッション 終 了 後 のロケット 上 段 機 体 を 有 効 な 軌 道 上 から 退 避 させること LEO 保 護 領 域 ( 高 度 2,000km)から25 年 以 内 に 退 避 GEO 保 護 領 域 (GEO±200km 緯 度 ±15 度 )からの 退 避 17

19 (5) 総 合 システムのコンセプト 新 型 基 幹 ロケット 開 発 における 対 応 方 針 (1/2) 要 求 事 項 を 実 現 するために 必 要 な ロケット 打 上 げシステ 総 合 システム ム 全 体 ( 以 降 総 合 システム という)のコンセプトを 検 討 す るにあたっては 総 合 システムを 構 成 するロケット 機 体 射 点 系 地 上 設 備 飛 行 安 全 通 信 系 システムへの 要 求 をバラ 衛 星 ロケット 機 体 通 信 系 システム ンスよく 行 うことが 重 要 である 総 合 システムの 概 念 図 を 右 に 示 す 射 点 系 地 上 設 備 高 層 VAB 作 業 床 ML 射 点 飛 行 安 全 システム さらに 総 合 システムのコンセプト 検 討 においては ( 宇 宙 政 策 委 員 会 ) 宇 宙 輸 送 システム 部 会 の 中 間 とりまとめ( 平 成 25 年 5 月 30 日 )で 示 された 以 下 を 考 慮 した 実 用 システムとしての 位 置 付 け: 利 用 ニーズを 踏 まえた 高 い 信 頼 性 低 価 格 柔 軟 な 顧 客 対 応 等 を 可 能 とするサービス 提 供 として 位 置 づける 固 体 燃 料 ロケットの 産 業 基 盤 の 維 持 は 固 体 推 進 薬 を 液 体 燃 料 ロケットの 補 助 ブースタとして 用 い ること 等 により 行 うこととする また 輸 送 システムの 要 素 技 術 の 開 発 実 証 に 当 たっては 固 体 燃 料 ロ ケットと 液 体 燃 料 ロケットの 開 発 を 連 携 させることで 効 率 的 に 実 施 する 次 頁 に 総 合 システムのコンセプト 検 討 における 対 応 方 針 を 示 す 18

20 (5) 総 合 システムのコンセプト 新 型 基 幹 ロケット 開 発 における 対 応 方 針 (2/2) ロケット 機 体 打 上 げ 能 力 打 上 げ 価 格 設 備 維 持 コストなどのミッション 要 求 を 満 足 するロケット 機 体 形 態 の 選 定 を 行 う また 分 離 方 式 の 変 更 による 環 境 条 件 の 緩 和 世 界 標 準 のフェアリングサイズなど 世 界 標 準 以 上 のユーザインターフェースにより 柔 軟 な 顧 客 対 応 を 目 指 す 解 析 技 術 を 活 用 した 高 い 設 計 信 頼 度 と 試 験 機 の 打 上 げ 機 会 を 活 用 した 商 業 衛 星 打 ち 上 げ 実 績 を 積 むことなどにより 市 場 での 高 い 信 頼 性 を 獲 得 する ロケット 機 体 / 射 点 系 地 上 設 備 ロケットと 射 点 系 地 上 設 備 間 の 機 能 配 分 を 見 直 す 等 により 簡 素 な 設 備 構 成 としてライフサイ クル 全 体 で 効 率 的 な 維 持 を 可 能 とする ロケットと 地 上 設 備 の 運 用 性 を 向 上 させて 打 上 げ 間 隔 を 短 縮 し 顧 客 の 打 上 げ 希 望 時 期 に 柔 軟 に 対 応 するとともに 産 業 基 盤 維 持 に 必 要 な 年 間 打 上 げ 機 数 に 対 応 可 能 とする ロケット 機 体 / 飛 行 安 全 システム ロケットと 飛 行 安 全 システムの 機 能 配 分 を 見 直 す 等 により 安 全 性 を 確 保 しつつ 簡 素 な 地 上 設 備 構 成 としてライフサイクル 全 体 で 効 率 的 な 維 持 を 可 能 とする ロケット 機 体 / 通 信 系 システム ロケットと 通 信 系 システム 間 の 性 能 配 分 を 見 直 す 等 により 簡 素 な 設 備 構 成 としてライフサイ クル 全 体 で 効 率 的 な 維 持 を 可 能 とする 19

21 (5) 総 合 システムのコンセプト ロケット 機 体 / 射 点 系 地 上 設 備 (1/6) 打 上 げ 価 格 開 発 費 開 発 課 題 (リスク) イプシロンとの 共 通 化 の 可 能 性 などを 評 価 基 準 として 下 記 のように 推 進 薬 の 種 類 選 定 機 体 サイジング 及 びトレードオフを 実 施 した 1. 推 進 薬 ( 燃 料 )は 実 用 的 なものを 候 補 とする 液 体 水 素 (LH2) ケロシン メタン 固 体 他 国 の 主 要 ロケットに 用 いられている 推 進 薬 または 我 が 国 において 開 発 経 験 のある 推 進 薬 を 候 補 とする 環 境 への 負 担 軽 減 のため 毒 性 のある 推 進 薬 は 除 外 2. コスト 信 頼 性 の 観 点 からロケットの 段 数 は 最 小 限 *1 とし 打 上 げ 能 力 などミッション 要 求 安 全 要 求 を 満 足 する 機 体 構 成 とする また 地 上 設 備 共 通 インフラを 効 率 的 に 活 用 する 観 点 から 種 子 島 からの 打 上 げを 前 提 とする *1) 実 用 ロケットは2 段 ~4 段 式 が 一 般 的 段 数 を 多 くするほど ロケッ トは 小 型 化 が 可 能 であるが システムは 複 雑 化 コスト 高 となる 上 記 の 結 果 これまでの 技 術 を 最 大 限 に 活 用 でき エンジン 開 発 におけるリスクとコストを 抑 制 することが 可 能 なことから コアロケットにLH2/LOXの 液 体 推 進 系 を 採 用 し これに 固 体 ブースタを 組 み 合 わせること で 幅 広 い 衛 星 質 量 に 効 率 的 に 対 応 できる 形 態 を 選 定 した トレードオフの 代 表 例 を 次 ページに 示 す 20

22 ロケット 機 体 形 態 のトレードオフ 検 討 の 代 表 例 推 進 薬 H-IIA/B *1 コアLOX/LH2+ 固 体 コアLOX/メタン+ 固 体 コアLOX/ケロシン+ 固 体 コア 固 体 + 上 段 LOX/LH2 LOX/LH2 LOX/LNG LOX/RP-1 固 体 打 上 げ 価 格 SSO: 1.0 GTO 中 型 : 1.2 GTO 大 型 :NA SSO : 0.5 GTO 中 型 : 0.6 GTO 大 型 : 0.8 SSO : 0.5 GTO 中 型 : 0.6 GTO 大 型 : 0.85 SSO : 0.6 GTO 中 型 : 0.7 GTO 大 型 : 1.0 SSO : 0.5 GTO 中 型 : 0.7 GTO 大 型 : 1.1 開 発 費 以 上 1.2 以 上 1.2 以 上 設 備 維 持 コスト 1 約 0.5 約 0.6 約 0.6 約 0.6 主 な 開 発 課 題 ( 期 間 ) - 1 段 エンジン 開 発 (6 年 ) 2 段 エンジン 開 発 (6 年 ) 1 段 エンジン 開 発 (10 年 以 上 ) 2 段 エンジン 開 発 (6 年 ) 1 段 エンジン 開 発 (10 年 以 上 ) 2 段 エンジン 開 発 (6 年 ) 大 型 固 体 モータにおける 燃 焼 振 動 推 薬 充 填 等 の 成 立 性 への 課 題 あり 現 有 の 生 産 設 備 の 大 幅 な 増 強 が 必 要 イプシロンとの 共 通 化 可 能 性 - 固 体 ブースタをイプシロン の2 段 と 共 用 同 左 同 左 固 体 (2 段 )をイプシロン1の 段 と 共 用 参 考 - 1 段 にメタンを 利 用 (2 段 は LOX/LH2)したケース 1 段 にケロシンを 利 用 (2 段 は LOX/LH2)したケース メタンやケロシンは 大 型 エンジンの 開 発 に 不 確 定 要 素 が 多 く 液 体 水 素 より 開 発 コスト 期 間 が 増 大 する 1,2 段 に 固 体 ロケットを 採 用 した 場 合 経 験 のない 大 型 モータで 成 立 性 に 課 題 現 有 の 生 産 設 備 の 大 幅 な 増 強 が 必 要 コアに 液 体 水 素 以 外 を 使 用 する 場 合 はGTO 価 格 が 割 高 ( 全 備 質 量 が 重 くなりブースターが 増 大 するため) 液 体 水 素 は 既 存 技 術 インフラが 最 大 限 活 用 できる 点 で 有 利 固 体 を 組 み 合 わせることで 多 様 な 市 場 ニーズに 対 応 可 能 イプシロンロケットとの 共 用 も 可 能 21

23 ロケット 機 体 形 態 ( 検 討 例 ) 機 体 全 長 約 60m 機 体 直 径 4.5~5m (5) 総 合 システムのコンセプト ロケット 機 体 / 射 点 系 地 上 設 備 (2/6) 全 シリーズに 亘 って 液 体 ブースタは 共 通 仕 様 と し 製 造 / 運 用 面 での 効 率 化 を 図 る GTOミッションに 対 しては 固 体 ブースタを 装 着 ( 装 着 本 数 を6 本 までの 間 で 調 整 )することで 多 様 なニーズに 柔 軟 に 対 応 する 参 考 H2A: 機 体 直 径 4m, 全 長 53m, 固 体 ブースタ 本 数 2 本 or4 本 H2B: 機 体 直 径 1 段 5.2m, 2 段 4m, 全 長 56m, 固 体 ブースタ 本 数 4 本 開 発 内 容 打 上 げコストの 目 標 開 発 内 容 - 機 体 開 発 ( 構 造 電 気 推 進 系 衛 星 フェアリンク ) -エンジン 開 発 (1 段 エンジン 2 段 エンジン) - 固 体 ブースタ 開 発 - 射 点 / 射 場 設 備 開 発 打 上 げコスト : H2A/Bの 約 半 分 世 界 標 準 以 上 のユーザインタフェース SSOミッション 3トン( 高 度 800km) GTOミッション 2~6.5トン 固 体 ブースタを 装 着 することで GTOミッションに 柔 軟 に 対 応 世 界 トップクラス 衛 星 分 離 時 衝 撃 環 境 の 例 22

24 基 幹 ロケット ラインナップ (5) 総 合 システムのコンセプト ロケット 機 体 / 射 点 系 地 上 設 備 (3/6) 科 学 衛 星 小 型 観 測 衛 星 観 測 衛 星 政 府 衛 星 気 象 衛 星 準 天 頂 衛 星 商 業 衛 星 商 業 衛 星 CThaicom ラインナップを 活 用 し 効 率 的 に 対 応 可 能 大 型 化 シングルorデュアル 打 上 げ SSO:0.1 ton (500kmで0.5ton) イプシロン SRB 2 本 GTO:3.5 ton SRB 4 本 GTO:5.0 ton SRB 6 本 GTO:6.5 ton SSO (800km) (ton) SRB 0 本 GTO:2.1 ton SSO:3.0 ton 新 型 基 幹 ロケット 静 止 トランスファ 軌 道 GTO( V=1500m/s) (ton) 23

25 開 発 シナリオ: 固 体 と 液 体 のシナジー 効 果 現 行 イプシロン (5) 総 合 システムのコンセプト ロケット 機 体 / 射 点 系 地 上 設 備 (4/6) イプシロン 高 度 化 ( 検 討 例 ) 小 型 継 続 的 な 低 コスト 化 能 力 向 上 開 発 技 術 を 発 展 させ 活 用 機 動 性 の 高 い 運 用 システム( 点 検 の 自 動 化 等 ) 固 体 ロケット モータの 共 用 技 術 実 証 結 果 を 相 互 に 活 用 アビオニクスシステム の 効 率 的 連 携 構 造 設 計 技 術 の 共 用 中 大 型 低 コスト 製 造 技 術 高 信 頼 性 開 発 手 法 などによりコア 機 体 ( 構 造 電 気 推 進 系 衛 星 フェアリンク ) 及 びエンジンを 刷 新 固 体 ブースタ 低 コスト 化 / 小 型 化 H-IIA/B 新 型 基 幹 ロケット( 液 体 ) 24

26 (5) 総 合 システムのコンセプト ロケット 機 体 / 射 点 系 地 上 設 備 (5/6) 機 体 設 備 の 機 能 配 分 の 見 直 しにより 運 用 性 に 優 れた 簡 素 な 設 備 を 実 現 し 運 用 コスト 維 持 コ ストを 低 減 H-IIA/Bの 打 上 げを 継 続 しながら 開 発 および 初 期 の 並 行 運 用 を 進 めることを 条 件 とした うえで 既 存 設 備 の 効 率 的 な 活 用 も 考 慮 する 1 設 備 仕 様 の 簡 素 化 射 点 / 移 動 発 射 台 の 集 約 運 用 効 率 化 を 狙 った 簡 素 な 水 平 整 備 棟 ( 機 体 形 態 検 討 と 並 行 して 整 備 方 式 トレードオフを 検 討 中 ) 2 機 体 自 動 点 検 により 設 備 点 検 装 置 を 簡 素 化 簡 素 な アンビリカルタワー 低 層 整 備 棟 (*) 高 層 整 備 棟 (*) 機 体 整 備 方 式 はトレードオフ 検 討 中 低 層 整 備 棟 を 採 用 した 場 合 高 層 整 備 棟 は H2A/Bロケット 運 用 終 了 後 廃 止 とする 見 込 み 1 設 備 仕 様 の 簡 素 化 射 点 / 発 射 台 の 集 約 既 存 設 備 の 効 率 的 活 用 ( 液 ガス 貯 蔵 所 等 ) LP2 (H2A/Bロケット 用 ) 射 座 / 発 射 台 の 集 約 H2A/Bロケット 運 用 終 了 後 廃 止 吉 信 射 点 (*) を 想 定 した 射 点 系 地 上 設 備 全 体 構 想 ( 案 ) 簡 素 な 発 射 台 LP1( 新 型 基 幹 ロケット 用 ) 打 上 げ 時 噴 煙 損 傷 の 影 響 を 受 けにくい 簡 素 な 発 射 台 とアンビリカルタワーへ 刷 新 ( 保 全 費 用 低 減 ) (*)その 他 のエリア( 大 崎 射 点 (H-Iロケット 打 上 げにて 使 用 ) 等 )を 活 用 する 案 についてもトレー ドオフ 検 討 中 液 ガス 関 連 の 既 存 設 備 の 有 効 活 用 の 観 点 から 吉 信 射 点 を 改 修 する 案 が 有 力 25

27 (5) 総 合 システムのコンセプト ロケット 機 体 / 射 点 系 地 上 設 備 (6/6) 地 上 点 検 装 置 2 機 体 自 動 点 検 により 設 備 点 検 装 置 を 削 除 ( 設 備 維 持 コストを 削 減 ) ( 従 来 )H-IIA/B 新 型 基 幹 ロケット 地 上 から 人 手 を 介 して 行 う 点 検 高 層 整 備 棟 搭 載 機 器 準 備 600 分 作 動 3 分 ( 例 )バルブ 作 動 点 検 の 例 地 上 設 備 には 点 検 装 置 等 が 多 数 存 在 し 維 持 コスト 増 大 点 検 のためのケーブル 接 続 等 の 準 備 作 業 に 時 間 人 手 を 要 す 整 備 棟 機 体 (ロケット) 側 で 自 動 点 検 自 動 点 検 機 能 付 き 搭 載 機 器 準 備 0 分 作 動 3 分 地 上 点 検 装 置 を 削 減 射 場 整 備 作 業 の 短 縮 作 業 期 間 約 70 日 準 備 打 ち 上 げ 作 業 後 処 置 v 柔 軟 な 打 上 げスケジュール 作 業 期 間 約 30 日 点 検 機 能 を 機 体 (ロケット) 側 に 配 分 ( 搭 載 機 器 の 高 性 能 化 や 高 集 積 部 品 の 適 用 等 により 製 品 コストは 低 減 ) 設 備 の 点 検 装 置 を 削 減 し 点 検 コストと 設 備 維 持 コストを 低 減 上 記 により 射 場 整 備 作 業 期 間 を 短 縮 ( 約 70 日 約 30 日 ) 26

28 (5) 総 合 システムのコンセプト 飛 行 安 全 システム 飛 行 安 全 システム 構 想 機 体 と 地 上 設 備 の 機 能 配 分 を 見 直 すことにより 安 全 性 や 自 在 性 を 確 保 しつつコスト 低 減 を 達 成 する 1 追 尾 機 能 をオンボード 化 し 地 上 レーダシステムを 廃 局 する 2 飛 行 中 断 の 判 断 機 能 をオンボード 化 し 地 上 運 用 設 備 をなくす 3 飛 行 中 断 機 能 をオンボード 化 し 地 上 コマンド 局 を 廃 局 する 4ただし 万 が 一 の 異 常 に 備 え 機 体 データ 受 信 機 能 (テレメータ 局 )は 一 部 地 上 に 残 す ( 現 行 システム) 1 追 尾 機 能 のオンボード 化 2 判 断 機 能 のオンボード 化 3 中 断 機 能 のオンボード 化 4テレメ 機 能 は 一 部 残 す ( 新 型 基 幹 ) 27

29 (5) 総 合 システムのコンセプト 通 信 系 システム 通 信 系 システム 構 想 機 体 と 地 上 設 備 間 の 性 能 バランスの 見 直 しと 機 能 の 統 廃 合 により 打 上 げコスト 維 持 更 新 コストを 抜 本 的 に 低 減 する 1データ 電 波 の 統 廃 合 (4 波 6 種 を2 波 に)し 地 上 装 置 及 び 搭 載 コンポーネントを 削 減 2 周 波 数 帯 の 統 合 に 加 え 搭 載 と 地 上 のバランスを 見 直 すことで 地 上 局 アンテナを 小 型 化 し 地 上 設 備 をスリム 化 3 複 数 追 跡 局 のリモート 制 御 統 合 運 用 を 採 用 し 運 用 人 員 運 用 コストを 削 減 28

30 ( 参 考 ) 基 幹 ロケットの 打 上 げ 能 力 比 較 ( 現 状 と 今 後 ) 新 型 基 幹 ロケット 大 型 化 ラインナップを 活 用 し 効 率 的 に 対 応 可 能 シングルorデュアル 打 上 げ SRB 0 本 GTO:2.1 ton SSO:3.0 ton SRB 2 本 GTO:3.5 ton SRB 4 本 GTO:5.0 ton SRB 6 本 GTO:6.5 ton イプシロン H-IIA H-IIB SSO:0.1 ton (500kmで0.5ton) H2A202 GTO:2.9 ton SSO:3.9 ton H2A204 GTO:4.6 ton H-IIB GTO:5.5 ton SSO (800km) (ton) 静 止 トランスファ 軌 道 GTO( V=1500m/s) (ton) 29

31 エ ン ジ ン 推 シンフ ルで 本 質 安 全 なエンシ ン (エキスハ ンタ フ リート エンシ ン) 部 品 点 数 減 でコスト 削 減 1 段 エンジン LE-9 2 段 エンジン LE-11 進 機 体 電 動 化 による 駆 動 源 集 約 (ハ ルフ /アクチュエータの 電 動 化 ) IF 削 除 / 点 検 作 業 の 容 易 化 (6) 開 発 計 画 新 型 基 幹 ロケット 開 発 においてキーとなる 要 素 技 術 総 合 システム(ロケット/ 地 上 設 備 一 体 )で 刷 新 し 我 が 国 の 宇 宙 輸 送 コスト ( 打 上 げコスト インフラ 維 持 コスト)をライフサイクル 全 体 で 効 率 化 システムの 簡 素 化 ( 機 能 配 分 見 直 し) 民 間 技 術 の 活 用 機 能 配 分 見 直 し ネットワーク 技 術 搭 載 電 子 機 器 小 型 化 自 律 点 検 機 能 機 体 に 点 検 機 能 を 移 し 設 備 を 簡 素 化 ア ビ オ ニ ク ス 構 造 系 固 体 ロケットへ 低 コスト 材 適 用 固 体 推 進 薬 の 高 度 化 低 コストタンク 製 造 技 術 廃 棄 素 材 の 低 減 / 部 品 点 数 の 低 減 低 コスト 複 合 材 製 造 技 術 一 体 成 型 / 低 コスト 素 材 を 実 現 運 用 性 の 向 上 民 間 技 術 の 活 用 設 備 仕 様 の 簡 素 化 点 検 装 置 類 削 減 射 場 系 システムの 簡 素 化 自 律 点 検 機 能 により 地 上 設 備 削 減 低 層 建 屋 横 置 き 整 備 でアクセス 性 向 上 機 体 整 備 期 間 短 縮 設 備 規 模 も 低 減 耐 腐 食 材 料 の 適 用 アンビリカル 損 傷 防 止 再 整 備 を 低 減 打 上 げ 間 隔 短 縮 地 上 設 備 30

32 (6) 開 発 計 画 開 発 スケジュール FY24 FY25 FY26 FY27 FY28 FY29 FY30 FY31 FY32 FY33 FY34 マイルストーン 総 合 システム 設 計 総 合 システム 設 計 調 査 検 討 MDR SDR PDR CDR 試 験 機 (SSO) 試 験 機 (GTO) ロケットシステム 設 計 予 備 設 計 基 本 設 計 詳 細 設 計 維 持 設 計 実 機 製 作 実 機 製 作 CFT/ GTV 実 機 製 作 反 映 GTV 反 映 推 進 系 開 発 設 備 設 計 要 素 試 験 設 計 設 備 工 事 機 器 開 発 BFT CFT エンジン 開 発 LE-9 LE-X 技 術 実 証 設 備 設 計 要 素 試 験 設 計 試 験 設 備 工 事 実 機 型 ~ 認 定 型 フライト 用 LE-11 設 備 設 計 試 験 設 備 工 事 ステージ 試 験 /フライト 用 構 造 系 開 発 電 気 系 開 発 固 体 ロケット 開 発 地 上 設 備 開 発 要 素 試 験 設 計 要 素 試 験 設 計 要 素 試 験 設 計 要 素 試 験 設 計 構 想 検 討 調 査 実 機 型 ~ 認 定 型 タンク エンジン 部 電 気 系 実 機 型 ~ 認 定 型 設 計 / 製 作 / 現 地 工 事 MDR:ミッション 定 義 審 査 SDR :システム 定 義 審 査 PDR : 基 本 設 計 審 査 CDR : 詳 細 設 計 審 査 BFT : 厚 肉 タンクステージ 燃 焼 試 験 CFT : 実 機 型 タンクステージ 燃 焼 試 験 GTV : 地 上 総 合 試 験 31

33 (6) 開 発 計 画 平 成 26 年 度 実 施 内 容 新 型 基 幹 ロケットは 平 成 32 年 (2020 年 )に 試 験 機 1 号 機 を 打 ち 上 げる 計 画 平 成 26 年 度 は 予 備 設 計 を 行 い 新 型 基 幹 ロケットのシステム 仕 様 の 設 定 (ミッション 要 求 を 踏 まえてどのようなロケット/ 設 備 とするか)を 行 う また これを 受 けて 基 本 設 計 に 着 手 する 具 体 的 には 以 下 の 作 業 を 実 施 する 1システム 設 計 システム 仕 様 設 定 のための 解 析 作 業 ( 飛 行 経 路 制 御 系 構 造 系 推 進 系 環 境 条 件 等 に 関 する 解 析 ) サブシステム( 推 進 系 構 造 系 電 気 系 等 )に 関 する 設 計 作 業 全 体 システム: 風 洞 試 験 アンテナパターン 試 験 音 響 基 礎 試 験 等 緯 度 [ 北 緯 度 ] フェアリング 分 離 第 1/2 段 分 離 2 要 素 試 験 試 作 試 験 エンジン:エレメント 単 体 要 素 試 験 ターボポンプ 軸 受 試 験 等 推 進 系 : 模 型 タンク 排 液 試 験 推 進 薬 マネージメント 基 礎 試 験 等 電 気 系 : 新 規 技 術 ( 自 律 点 検 非 接 触 アンビリカル) 要 素 試 験 等 構 造 系 :タンクドーム 成 型 加 工 試 作 複 合 材 成 型 確 認 試 験 等 飛 行 経 路 解 析 経 度 [ 東 経 度 ] なお 平 成 26 年 度 の 予 算 要 求 額 は70 億 円 風 洞 試 験 複 合 材 成 型 確 認 試 験 32

34 補 足 資 料 補 足 A 液 体 ロケット 開 発 経 緯 補 足 B 動 向 分 析 の 結 果 補 足 C エンジン 開 発 高 信 頼 性 開 発 プロセス 補 足 D 大 型 ロケットの 世 界 動 向 33

35 補 足 A 液 体 ロケット 開 発 経 緯 (1/3) N-I~N-II 米 国 からの 技 術 導 入 1968 年 宇 宙 開 発 委 員 会 発 足 1969 年 日 米 政 府 間 の 交 換 公 文 を 締 結 1970 年 技 術 導 入 によるN-Iロケットの 開 発 を 決 定 実 用 衛 星 の 大 型 化 に 伴 い 引 き 続 き 米 国 からの 技 術 導 入 によりN-IIロケットを 開 発 H-I 自 主 技 術 の 蓄 積 ロケットの 重 要 基 幹 技 術 を 自 主 技 術 として 蓄 積 することを 目 的 として H-Iロケット( 静 止 軌 道 500kg 級 (GTO1トン 級 ))は2 段 液 体 水 素 / 酸 素 エンジンや 慣 性 誘 導 装 置 等 を 国 内 技 術 で 開 発 H-II 全 段 自 主 技 術 による 自 律 性 の 確 保 1984 年 2 月 宇 宙 開 発 政 策 大 綱 改 訂 にて H-IIロケット 開 発 の 方 針 として 全 段 国 産 技 術 での 開 発 電 電 公 社 ( 現 NTT) 等 の 実 利 用 の 需 要 に 応 える 静 止 衛 星 2トン 級 (GTO4トン 級 ) を 検 討 1986 年 全 段 自 主 技 術 によるH-IIロケットの 開 発 に 着 手 1994 年 初 号 期 の 打 上 げに 成 功 し 世 界 の 大 型 ロケットと 性 能 面 で 肩 を 並 べた 3 号 機 以 降 ( 株 )ロケットシステム(RSC)がH-IIロケットの 打 上 げサービス 事 業 及 び 製 造 とりまと めを 実 施 1996 年 RSCが 米 国 ヒューズ 社 スペースシステムズ/ロラール 社 から 計 30 機 の 商 業 打 上 げ を 受 注 5 号 機 8 号 機 の2 回 の 打 上 げ 失 敗 によりヒューズ 社 との 契 約 が 解 除 2003 年 にはロラール 社 倒 産 により 全 契 約 が 解 除 34

36 補 足 A 液 体 ロケット 開 発 経 緯 (2/3) H-IIA 宇 宙 輸 送 コストの 低 減 と 信 頼 性 向 上 1996 年 大 幅 なコスト 低 減 と 信 頼 性 の 向 上 将 来 の 能 力 増 強 に 対 応 可 能 な 発 展 性 を 目 標 とし てH-IIAロケットの 開 発 に 着 手 2001 年 初 号 機 打 上 げに 成 功 2002 年 総 合 科 学 技 術 会 議 においてH-IIAロケットの 民 間 移 管 等 が 決 定 2003 年 6 号 機 の 打 上 げ 失 敗 をきっかけに 製 造 品 質 の 強 化 を 図 り JAXAは 研 究 開 発 に 注 力 し より 一 層 の 信 頼 性 向 上 を 図 る 体 制 とした 2007 年 の13 号 機 より 三 菱 重 工 業 による 打 上 げ 輸 送 サービスを 実 施 しているところ H-IIB 官 民 共 同 によるロケット 開 発 2005 年 官 民 双 方 のニーズに 基 づく 大 型 ロケットの 実 現 を 目 指 してH-IIBロケットの 開 発 に 着 手 し 2009 年 試 験 機 の 打 上 げに 成 功 2013 年 の4 号 機 より 三 菱 重 工 業 による 打 上 げ 輸 送 サービスを 実 施 しているところ 基 幹 ロケット 高 度 化 基 幹 ロケットの 継 続 的 な 改 良 の 取 り 組 み 基 幹 ロケットの 継 続 的 な 改 良 の 取 り 組 みとして 2 段 ステージの 推 進 系 構 造 系 アビオニクス 系 の 高 機 能 化 を 実 施 しているところ 35

37 補 足 A 液 体 ロケット 開 発 経 緯 (3/3) ~ 基 幹 ロケット 高 度 化 (プロジェクト 実 施 中 )~ 基 幹 ロケットの 継 続 的 な 改 良 の 取 り 組 みとして 2 段 ステージの 推 進 系 構 造 系 アビオニクス 系 の 高 機 能 化 を 実 施 中 1. 静 止 衛 星 打 上 げ 能 力 の 向 上 推 進 薬 蒸 発 量 の 低 減 技 術 の 開 発 低 出 力 スロットリング 機 能 の 獲 得 搭 載 機 器 の 長 秒 時 作 動 技 術 の 獲 得 能 力 向 上 により H2A202 形 態 で20% 程 度 H2A204 形 態 で50% 程 度 の 商 業 ミッションに 対 応 可 能 となる 2. 衛 星 衝 撃 環 境 の 抜 本 的 緩 和 火 工 品 によらないメカニズムによる 低 衝 撃 衛 星 分 離 機 構 の 開 発 3. 飛 行 安 全 システム 追 尾 系 の 高 度 化 機 体 搭 載 型 航 行 安 全 用 航 法 システム(レーダ 代 替 )の 開 発 5000 打 上 能 力 ( 注 2) (トン) ( 注 1)アリアン5はGTO 打 上 げ 能 力 (8~10トン)に 対 して ( 注 2) 概 算 値 衛 星 2 基 同 時 打 上 げを 想 定 して 約 1/2とした アリアン5 ( 注 1) デルタ4 H-IIA202 ミディアム ( 現 行 ) H-IIA202 H-IIA204 ( 改 良 後 ) ( 現 行 ) H-IIA204 ( 改 良 後 ) 標 準 的 な 静 止 衛 星 の 打 上 げ 能 力 比 較 ( 静 止 化 増 速 量 =1,500m/s) 主 要 ロケット 衛 星 衝 撃 環 境 の 比 較 衝 撃 レベル [Gsrs] 世 界 最 高 水 準 の 衝 撃 環 境 を 実 現 1000 GTOミッション 対 応 能 力 の 向 上 0 ア リ ア ン5 ア ト ラ ス 5 達 成 目 標 デ ル タ 4 シ ー ロ ー ン チ プ ロ ト ン ソ ユ ー ズ 主 要 ロケットの 衛 星 衝 撃 環 境 の 比 較 フ ァ ル コ ン 9 36

38 我 が 国 の 液 体 ロケット 開 発 経 緯 米 国 から 技 術 導 入 した 部 分 慣 性 誘 導 装 置 慣 性 誘 導 装 置 LE-5A LE-5B LE-5 LE-7 LE-7A 主 要 開 発 項 目 ロケットの 概 要 2 段 1 段 固 体 ブースタ N-Ⅰロケット N-Ⅱロケット H-Ⅰロケット H-Ⅱロケット H-ⅡAロケット H-ⅡBロケット 米 国 の ソー デルタ ロ ケットを 基 本 とし 2 段 の 推 進 系 のみ 自 主 開 発 LE-3エンジン (ヒドラジン 系 ) 技 術 導 入 1 段 はライセンス 生 産 そ の 他 は 米 国 から 購 入 ( 主 要 自 主 開 発 アイテムは なし) 技 術 導 入 1 段 はライセンス 生 産 慣 性 誘 導 装 置 ( 部 品 は 一 部 海 外 調 達 ) 2 段 /3 段 推 進 系 を 自 主 開 発 慣 性 誘 導 装 置 LE-5エンジン ( 我 が 国 初 の 液 水 / 液 酸 エ ンジン) 技 術 導 入 全 段 自 主 技 術 開 発 純 国 産 ロケット 慣 性 誘 導 装 置 ( 高 性 能 化 ) LE-5Aエンジン (エンジンサイクル 変 更 ) LE-7エンジン ( 我 が 国 初 の 高 圧 大 推 力 液 水 / 液 酸 エンジン) SRB 全 段 自 主 技 術 開 発 部 品 等 を 一 部 輸 入 慣 性 誘 導 装 置 ( 小 型 化 低 コスト 化 ) LE-5Bエンジン ( 簡 素 化 信 頼 性 向 上 ) LE-7Aエンジン ( 簡 素 化 信 頼 性 向 上 ) SRB-A ( 簡 素 化 信 頼 性 向 上 ) 全 段 自 主 技 術 開 発 部 品 等 を 一 部 輸 入 - 1 段 大 型 (4m 5.2m) ( 摩 擦 撹 拌 溶 接 ) 1 段 エンジンクラスタ 構 造 その 他 フェアリング - フェアリング( 大 型 化 ) 打 上 げ 能 力 (GSO) 130kg 350kg 550kg 2ton 2ton~3ton 4ton 開 発 費 約 940 億 円 ( 全 号 機 の 機 体 製 作 費 含 む) 約 1300 億 円 ( 全 号 機 の 機 体 製 作 費 含 む) 約 1600 億 円 ( 試 験 機 1-3 号 機 製 作 費 含 む) 約 2700 億 円 ( 試 験 機 1 2 号 機 分 を 含 む) 約 1532 億 円 (ロケット 信 頼 性 向 上 含 む) 271 億 円 ( 内 民 間 76 億 円 ) 運 用 期 間 1975~ ~ ~ ~ ~ 2009~ 打 上 げ 実 績 ( 失 敗 数 ) 6/7 8/8 9/9 5/7 21/22 4/4-37

39 補 足 B 動 向 分 析 の 結 果 (1) 政 府 衛 星 需 要 動 向 (2020 年 代 ) 分 析 手 法 年 間 機 数 は 過 去 実 績 等 などから 推 定 した 寿 命 によりリプレース 時 期 を 想 定 して 試 算 情 報 収 集 :4 機 で 寿 命 5 年 / 地 球 観 測 衛 星 :3~4 機 で 寿 命 5 年 ひまわり:2 機 で 寿 命 8 年 / 準 天 頂 :7 機 で 寿 命 15 年 / 防 衛 用 通 信 :2 機 で 寿 命 15 年 (2030 年 以 降 と 想 定 ) 軌 道 質 量 は 過 去 実 績 やヒアリングより 推 定 ただし 科 学 衛 星 ( 小 型 は 除 く)は 今 後 約 10 年 間 において 打 上 げ 予 定 のプロジェクトやその 準 備 段 階 の4 機 *1 より 結 果 SSO 衛 星 は 年 間 1.5 機 程 度 で 質 量 のボリュームゾーンは2~3トン 級 *1)ASTRO-H はやぶさ2 SPICA SELENE2 GTO 準 天 頂 衛 星 は 年 間 0.5 機 程 度 で 質 量 は3.5トン 級 (~4トン 級 ) 科 学 衛 星 は 年 間 0.5 機 程 度 で 質 量 や 軌 道 はさまざま 投 入 軌 道 SSO GTO 準 天 頂 軌 道 低 軌 道 ~ 地 球 脱 出 衛 星 年 間 数 量 情 報 収 集 1.4 地 球 観 測 衛 星 ~1.6 機 質 量 2~3トン 級 ひまわり 0.6 機 3.5トン 級 (~4トン 準 天 頂 級 ) ( 防 衛 用 通 信 ) 天 文 太 陽 観 測 探 査 機 0.4 機 0.5~4トン 級 10 国 内 衛 星 ( 観 測 測 位 気 象 政 府 科 学 探 査 ) 科 学 探 査 3 2 利 用 政 府 系 1 0 SSO800km トン 級 SSO500km GTOΔV1500m/s ( 出 典 )JAXA 調 査 結 果 衛 星 数 ( ) ボリュームゾーン SSO2~3トン 級 ボリュームゾーン GTO3.5トン 級 38

40 補 足 B 動 向 分 析 の 結 果 (2) 商 業 衛 星 需 要 動 向 (1/2) 分 析 手 法 2020 年 代 の 需 要 予 測 は 技 術 動 向 や 統 計 だけではなく 経 済 状 況 や 衛 星 の 事 業 戦 略 など 幅 広 い 情 報 と 分 析 が 必 要 そこで それらの 知 見 をもつ 海 外 のコンサルティング 会 社 (ユーロコンサル 社 Futron 社 )と 連 携 して 以 下 の 分 析 を 行 った 1 アナウンスされている 公 開 情 報 運 用 中 の 衛 星 寿 命 のリプレースの 予 測 各 社 独 自 情 報 などを 基 に 推 定 できる 衛 星 需 要 のベースラインを 予 測 し 日 本 が 狙 える 市 場 を 識 別 2 日 本 の 狙 える 市 場 に 対 して 衛 星 軌 道 による 区 分 を 作 成 3 商 業 市 場 で 中 心 となるGTOミッションに 対 して 衛 星 質 量 帯 を 区 分 し 中 長 期 的 な 変 遷 を 分 析 1ベースライン 予 測 から 狙 える 市 場 を 識 別 2 衛 星 軌 道 による 区 分 3GTOミッションについて 衛 星 質 量 帯 毎 に 分 類 衛 星 機 数 衛 星 機 数 衛 星 機 数 打 上 げ 年 打 上 げ 年 打 上 げ 年 日 本 が 狙 えない 市 場 日 本 が 狙 える 市 場 GTO SSO その 他 衛 星 質 量 帯 毎 に5 年 単 位 で 衛 星 数 をまとめたグラフを 次 頁 に 示 す 39

41 補 足 B 動 向 分 析 の 結 果 (2) 商 業 衛 星 需 要 動 向 (2/2) 結 果 年 間 機 数 は20~25 機 / 年 ( 年 )となり 微 増 傾 向 質 量 は 仮 定 した 技 術 革 新 や 世 界 経 済 状 況 により3~6トン 級 まで 幅 広 いレンジにばらつく [ 変 動 要 因 の 例 ] 電 気 推 進 の 台 頭 により 衛 星 質 量 を 下 げ 設 計 寿 命 が 増 加 する 可 能 性 ビジネスモデル 拡 大 縮 小 により トラポンの 数 が 増 減 し 衛 星 質 量 が 増 減 する 可 能 性 経 済 情 勢 や 事 業 戦 略 により 衛 星 数 が 増 減 する 可 能 性 商 業 衛 星 需 要 ( ) 6トン 級 に ピーク 3トン 級 に ピーク ( 出 典 )ユーロコンサル 社 調 査 結 果 ( 出 典 )Futron 社 調 査 結 果 40

42 補 足 B 動 向 分 析 の 結 果 (3) 顧 客 要 望 意 識 調 査 (1/2) 分 析 手 法 1. ロケットの 選 定 基 準 について 統 計 をとった( 衛 星 オペレータや 製 造 者 を 中 心 としたユーザ 約 40 機 関 より) 2. 次 にH-IIA/Bに 対 するユーザからの 声 を 選 定 基 準 の 上 位 を 中 心 に 分 析 した 3. それらを 総 括 して 新 型 基 幹 ロケットへの 反 映 事 項 を 整 理 した 結 果 ロケット 選 定 基 準 右 図 の 項 目 について5 段 階 評 価 を 実 施 1 位 : 打 上 げ 価 格 2 位 : 信 頼 性 3 位 : 打 上 げスケジュールの 柔 軟 性 4 位 : 打 上 げスケジュールの 確 実 性 打 上 げ 価 格 信 頼 性 打 上 げスケ ジュールの 柔 軟 性 打 上 げスケ ジュールの 確 実 性 ミッション 解 析 期 間 ミッション モディフィ ケーショ ンへの 自 由 度 打 上 げオ ペレーショ ンの 期 間 とサポート 打 上 げベ ンダーの 応 答 と 意 思 疎 通 の 容 易 さ カスタ マーサー ビスの 全 般 の 質 41

43 補 足 B 動 向 分 析 の 結 果 (3) 顧 客 要 望 意 識 調 査 (2/2) 総 括 ロケットを 選 定 する 上 では 打 上 げ 価 格 と 信 頼 性 が 最 も 重 要 である 市 場 で 一 定 のシェアを 獲 得 しているロケットには 下 記 の 特 徴 がある Ariane5は 価 格 は 高 いが 高 い 信 頼 性 (*) とスケジュールの 柔 軟 性 / 確 実 性 で 顧 客 を 獲 得 Proton/Falconは 安 い 価 格 とスケジュールの 柔 軟 性 により 顧 客 を 獲 得 *) 顧 客 に 評 価 される 信 頼 性 とは 打 上 げ 成 功 率 や 設 計 上 の 信 頼 度 だけではなく 商 業 実 績 信 用 関 係 打 上 げ 頻 度 を 踏 まえて 評 価 される H-IIA/Bロケットは 信 頼 性 でプロトンを 上 回 るが 価 格 スケジュールの 点 で 競 争 力 がない 新 型 基 幹 ロケットへの 反 映 事 項 ロケット 選 定 基 準 において 価 値 の 最 上 位 である 信 頼 性 を 重 点 的 に 向 上 させつつ 打 上 げ 価 格 を 低 減 することで 官 需 には 使 いやすく 商 業 市 場 で 売 れるロケットを 開 発 する また スケジュール 柔 軟 性 / 確 実 性 向 上 に 取 り 組 み 価 値 を 高 める 42

44 補 足 B 動 向 分 析 の 結 果 (4) 衛 星 の 技 術 動 向 2020 年 代 の 衛 星 打 上 げサービスにおいては 下 記 に 示 す 衛 星 側 の 今 後 の 技 術 動 向 によって 打 上 げ 質 量 が 大 きく 変 わるため これに 対 して 柔 軟 な 対 応 ができることが 重 要 1 大 電 力 化 とスマートバス 化 衛 星 オペレータは 営 業 収 益 増 加 衛 星 製 造 業 者 は 国 際 競 争 力 強 化 のため 静 止 通 信 衛 星 のハイパワー 化 は 必 須 の 要 求 25kW 級 の 大 電 力 衛 星 バスが 世 界 的 に 開 発 される 方 向 大 電 力 化 だけでは 重 量 増 に 繋 がるが 機 器 を 小 型 軽 量 化 した スマートバス 化 により 衛 星 質 量 は 維 持 しながら 大 電 力 化 の 実 現 が 目 指 されている( 図 中 赤 1の 矢 印 ) 2 全 電 化 衛 星 による 衛 星 質 量 の 大 幅 な 軽 減 高 比 推 力 の 電 気 推 進 の 台 頭 により 静 止 衛 星 バスBoeing 702SP( 全 電 化 バス: 推 進 系 として 電 気 推 進 のみを 搭 載 2014 年 打 上 げ 予 定 )では 搭 載 する 推 進 剤 が 劇 的 に 低 減 し 打 上 げ 時 質 量 が 従 来 の 約 6 割 ( 図 中 緑 2の 矢 印 ) 世 界 の 衛 星 オペレー タが702SPの 成 否 に 注 目 702SPではGTO-GEO 遷 移 に 半 年 程 度 か かるが 将 来 的 なスマートバス 化 (バスの 大 電 力 化 軽 量 化 )により 遷 移 期 間 は 3~4ヶ 月 程 度 まで 短 縮 されると 予 測 され 全 電 化 が 一 層 加 速 する 可 能 性 もある ( 図 中 水 色 の 矢 印 ) スマートバスの 目 標 :4 kw/t 1 現 状 :2.5 kw/t 2 ボリュームゾーンの 変 動 幅 43

45 補 足 B 動 向 分 析 の 結 果 (5) 競 合 ロケット 分 析 (1/5) 1 Falcon9 Ver.1.1 米 国 は 自 律 性 を 確 保 するためEELVを 政 府 負 担 で 維 持 しつつ 政 府 支 出 を 低 減 するオプションとして 民 間 企 業 によるFalcon9 開 発 等 をNASAが 支 援 Falcon9 Ver.1.1 機 体 コンフィギュレーション Falcon1 Falcon9を 通 じて 発 展 させてきたケロシン/LOXを 用 いた2 段 式 形 態 エンジン(Merlin 1D)を1/2 段 で 共 通 化 し1 段 はエンジン9 個 をクラスタ 化 して 配 置 超 大 型 のFalcon Heavyとの 間 に 中 間 的 な 能 力 の 形 態 はない 戦 略 上 の 特 徴 豊 富 な 経 験 を 持 つNASAや 関 連 企 業 の 経 験 者 の 雇 用 実 績 のある 技 術 ( 枯 れた 技 術 )の 採 用 シンプルな 機 体 構 成 により 信 頼 性 の 高 さをアピール 最 低 限 のサービスを 基 本 価 格 ($54M)として 提 示 し 低 価 格 をアピール その 他 のサービスはオプション(USAF 契 約 でオプション 含 め$97Mとの 報 道 ) アビオニクス 等 への 民 生 技 術 の 適 用 や 材 料 のまとめ 発 注 により 低 コスト 化 積 極 的 な 販 売 網 展 開 と 低 価 格 化 によりフライト 前 から 多 数 の 契 約 を 獲 得 44

46 補 足 B 動 向 分 析 の 結 果 (5) 競 合 ロケット 分 析 (2/5) 2 Ariane6 Ariane5は 欧 州 における 自 律 性 確 保 を 目 的 として ESAが 全 額 出 資 し CNESがシステムインテグレータとなって 開 発 してきた Ariane6のシステムコンセプトもCNESが 主 導 して 検 討 してきている 機 体 コンフィギュレーション 1/2 段 は 共 通 のモジュール 化 した 固 体 ブースターとし1 段 は3 本 を 束 ねた 形 態 3 段 はLH2/LOXのステージとし 推 進 システムはAriane5MEと 共 通 Ariane5 LH2/ LOX Ariane6 戦 略 上 の 特 徴 開 発 コンセプトとしてトリプルセブン(GTO:7ton 価 格 : 70M 開 発 期 間 :7 年 )を 発 表 Ariane5はデュアルロンチを 基 本 としていたが Ariane6はシングル ロンチを 基 本 とする Ariane4から 続 く 高 信 頼 性 ときめ 細 かいサービスで 顧 客 を 囲 い 込 み 固 体 GTO 6.5ton 45

47 補 足 B 動 向 分 析 の 結 果 (5) 競 合 ロケット 分 析 (3/5) 3 Angara ロシア 政 府 はカザフスタン ウクライナ 等 への 依 存 から 脱 却 し 自 律 性 を 確 保 するため Angara を 開 発 機 体 コンフィギュレーション ケロシン/LOX 推 進 系 の 液 体 ブースタ 組 み 合 わせ 形 態 により 多 様 な 衛 星 質 量 に 対 応 可 能 戦 略 上 の 特 徴 ロシアはProton Soyuzなど 多 数 のロケットを 保 有 して いるが Angaraでラインナップを 刷 新 し 一 元 化 スプートニク 以 来 宇 宙 用 ロケットエンジンとして 成 熟 させてきたケロシン/LOX 系 の 推 進 系 技 術 を 用 い ミサイル 技 術 に 起 源 をもつProtonの 有 毒 なUDMH ( 非 対 称 ジメチルヒドラジン)の 使 用 を 撤 廃 する ( 平 成 25 年 7 月 2 日 のProton 打 上 げ 失 敗 では 約 600tonの 有 毒 燃 料 が 飛 散 その 除 去 には2~3ヵ 月 必 要 との 報 道 ) 打 上 げには 現 在 建 設 中 のボストーチヌイ 射 場 も 使 用 予 定 バージョン 1.2 A3 A5 A7 GTO 打 上 能 力

48 補 足 B 動 向 分 析 の 結 果 (5) 競 合 ロケット 分 析 (4/5) 4 GSLV インドは 自 律 的 な 宇 宙 輸 送 能 力 を 保 持 すること 等 を 目 的 として ISROがGTO4トン 級 の 打 上 げに 対 応 可 能 なGSLVMk-IIIを 開 発 中 しかしながら GSLV Mk-IIの 飛 行 試 験 の 失 敗 等 もあり 現 状 開 発 ス ケジュールが 不 透 明 な 状 況 になっている GSLV Mk 1/Mk II GSLV Mk III 5 長 征 5 号 中 国 は 次 世 代 ロケットの 開 発 を 国 の 重 点 的 事 項 と 位 置 付 け 技 術 開 発 能 力 向 上 等 を 目 的 として ケロシンと 水 素 系 のロケットを 組 み 合 わせ 軽 量 級 から 重 量 級 まで 対 応 可 能 な 長 征 5 号 を 開 発 中 なお ITAR 規 制 ( 国 際 武 器 取 引 規 則 )により 事 実 上 商 業 衛 星 の 打 ち 上 げは 困 難 な 状 況 長 征 5 号 シリーズ 47

49 補 足 B 動 向 分 析 の 結 果 (5) 競 合 ロケット 分 析 (5/5) ~ 打 上 げ 能 力 と 価 格 ~ GTO 中 型 衛 星 質 量 帯 GTO 大 型 衛 星 質 量 帯 (JAXA 調 査 結 果 ) 出 典 : SpaceX 社 HP Astrium EADS 社 プレスリリース ESA 取 材 結 果 IAC-12-D2.4.4(CNES Ariane6 計 画 ) Futron 社 成 果 報 告 書 1$=100 円 1 =130 円 で 換 算 48

50 補 足 C エンジン 開 発 高 信 頼 性 開 発 プロセス 本 質 的 な 安 全 性 とロバスト 性 を 有 する 高 信 頼 性 低 コストなエンジンを 開 発 本 質 的 な 安 全 性 ロバスト 性 を 有 するエキスパンダーブリードサイクル( 補 足 E 参 照 )を 採 用 信 頼 性 とリスクを 定 量 的 に 評 価 する 高 信 頼 性 開 発 プロセスの 適 用 により 高 信 頼 性 エンジ ンを 開 発 するとともに 開 発 コスト 製 品 コストの 低 減 を 目 指 す LE-Xエンジン 技 術 実 証 にて 大 推 力 エキスパンダーブリードサイクルエンジンの 技 術 的 成 立 性 確 認 及 び 高 信 頼 性 開 発 プロセスの 確 立 に 向 けた 取 り 組 みを 実 施 中 燃 焼 室 試 作 高 信 頼 性 低 コストな 1 段 ブースタエンジン をクラスタ 化 LE-5B LE-Xエンジン 技 術 実 証 (2013 年 完 了 予 定 ) サブスケール 燃 焼 試 験 高 精 度 シミュレーション LE-7A 高 信 頼 性 低 コスト エンジンへ 2 段 燃 焼 サイクル エキスパンダーブリードサイクル 1 段 ブースタエンジン 信 頼 性 = LE-7A 10 実 機 コスト= LE-7A 1/2 開 発 コスト= LE-7 1/2 49

51 エキスパンダーブリードサイクルは H-II~H-IIAの 上 段 エンジンとして 開 発 してきた 日 本 独 自 のエンジン 技 術 本 質 的 な 安 全 性 ロバスト 性 と 簡 素 な 構 成 から 衛 星 打 上 げロケットに 求 められる 信 頼 性 低 コストにおいて 世 界 に 類 のない 特 長 と 優 位 性 本 質 的 安 全 性 異 常 発 生 時 には 安 全 緩 やかにパワーダウン P T 補 足 C エンジン 開 発 高 信 頼 性 開 発 プロセス 燃 料 ポンプの 下 流 配 管 から 燃 料 が 漏 洩 した 場 合 を 仮 定 し ポンプを 回 すタービンに 入 るガス 温 度 の 変 化 を 解 析 LE-Xでは 異 常 発 生 時 にタービンガス 温 度 が 低 いまま 安 全 緩 やかに 停 止 Staged LE-7Aの Combustion - LEAK 場 AREA 合 8cm2 Expander LE-Xの Bleed - LEAK 場 合 AREA 8cm2 MIX P T Temperature [K] 温 度 [K] エキスパンダーブリードサイクル(1/2) タービンガス 温 度 が 一 瞬 で 材 料 融 点 を 超 える 材 料 融 点 設 計 上 限 温 度 温 度 [K] Temperature [K] タービンガス 温 度 低 いまま 材 料 融 点 設 計 上 限 温 度 推 進 薬 漏 洩 漏 洩 発 生 leak 停 止 shutdow Time [sec] 漏 洩 発 生 leak 停 止 shutdown タービン 入 口 温 度 履 歴 シミュレーション 結 果 Time [sec] 本 質 的 ロバスト 性 実 フライトで 極 めて 不 安 定 な 状 態 からエンジン 立 上 り 本 質 的 なロバスト 能 力 を 実 証 H-II 8 号 機, H-IIA 6 号 機 の2 度 にわたり 以 下 の 極 めて 不 安 定 な 状 態 からエンジン 着 火 し 正 規 の 燃 焼 圧 力 まで 立 上 った 予 冷 不 足 低 い 水 素 タンク 圧 力 機 体 のタンブリング 領 収 試 験 時 データ 正 規 のLH2タンク 圧 力 異 常 な 状 態 によ る 立 上 り 遅 れ 燃 焼 圧 力 飛 行 時 データ 飛 行 時 のLH2タンク 圧 力 50

52 補 足 C エンジン 開 発 高 信 頼 性 開 発 プロセス エキスパンダーブリードサイクル(2/2) 簡 素 な 構 成 次 期 1 段 エンジン 技 術 実 証 エンジン(LE-X)はH-IIA/B 上 段 エンジンLE-5Bと 同 じエキスパンダーブリードサイクルを 採 用 副 燃 焼 器 がなく 系 統 が 簡 素 ( 下 図 12) 現 行 基 幹 ロケット1 段 エンジンLE-7Aと 比 べて 信 頼 性 およびコスト 面 が 抜 本 的 に 向 上 する 一 方 で 一 部 の 燃 料 ( 全 推 進 薬 量 の2% 以 下 )は 効 率 的 に 推 力 の 発 生 に 寄 与 せず 全 体 性 能 について 燃 費 性 能 は 劣 る ( 例 ) 2 段 式 液 体 ロケットによるSSO 打 上 げ 能 力 LE-7Aの 燃 費 性 能 (440s)の 場 合 :3.5ton LE-Xの 燃 費 性 能 (430s)の 場 合 :3.3ton ロケットエンジンの 燃 費 性 能 (Isp)=1kg/sの 推 進 薬 で 発 生 可 能 な 推 力 の 大 きさ 単 位 は 秒 打 上 げ 能 力 にはIspに 加 え 推 力 も 大 きく 影 響 する 主 要 な1 段 エンジンの 燃 費 性 能 :SSME(シャトル)=453s LE-7A=440s Vulcan(アリアン5)=431s RS68(デルタ4)=420s 2 段 燃 焼 サイクル(LE-7A) 1タービンを 副 燃 焼 器 の 燃 焼 ガスで 駆 動 異 常 時 にも 副 燃 焼 器 から 燃 焼 ガスが 供 給 され 続 けるため 爆 発 に 至 りやすい エンジン 内 部 に 発 生 する 水 分 を 燃 焼 試 験 後 に 排 出 要 2タービン 駆 動 後 のガスを 燃 焼 室 に 戻 して 燃 焼 ポンプ 昇 圧 値 高 液 体 酸 素 ターボポンプ プリバーナ ( 副 燃 焼 器 ) エキスパンダブリードサイクル(LE-X) 1タービンを 燃 焼 室 再 生 冷 却 で 加 熱 された 燃 料 で 駆 動 2タービン 駆 動 後 のガスは 外 部 (ノズル 下 流 )に 排 出 ポンプ 昇 圧 値 低 (1/2) 液 体 酸 素 ターボポンプ 液 体 水 素 ターボポンプ タービン 入 口 温 度. 700K 最 大 3500K 材 料 融 点. 1700K 材 料 許 容 温 度 : 900K 危 険 領 域 (バースト 溶 融 爆 発 ) 主 燃 焼 器 2 1 液 体 水 素 ターボポンプ 酸 素 水 素 燃 焼 ガス 主 燃 焼 器 2 1 設 計 点 混 合 比 温 度 不 安 定 な 副 燃 焼 器 外 部 (ノズル 下 流 )に 排 気 51

53 高 信 頼 性 開 発 プロセスのコンセプトと 効 果 設 計 段 階 から 故 障 モードを 抜 けなく 抽 出 し 事 前 に 設 計 で 対 処 することで 不 具 合 発 生 を 防 止 信 頼 性 の 検 証 は 試 験 による 実 証 から 現 象 メカニズムに 基 づいた 数 値 解 析 を 中 心 とする 開 発 プロセスへ その 結 果 高 価 な 部 品 や 冗 長 系 の 適 用 および 多 数 の 試 験 / 検 査 によらず 高 い 信 頼 性 を 実 現 開 発 プロセス) 補 足 C エンジン 開 発 高 信 頼 性 開 発 プロセス 高 信 頼 性 開 発 プロセス(1/3) 事 前 に 運 用 を 想 定 し 設 計 へ 反 映 設 計 故 障 モードの 網 羅 識 別 試 作 要 素 試 験 数 値 解 析 小 規 模 な 実 証 試 験 運 用 故 障 モードに 対 する 設 計 対 処 故 障 モードの 発 生 確 率 の 検 証 数 値 解 析 の 検 証 コンセプト) ( 効 果 ) I. 故 障 モードの 網 羅 的 な 識 別 と 対 処 これまでの 開 発 知 見 を 集 約 し 活 用 II. 設 計 信 頼 度 の 定 量 評 価 故 障 モード 毎 の 発 生 確 率 を 定 量 評 価 信 頼 度 の 確 保 抽 出 した 故 障 モードに 対 して 設 計 上 対 応 することで 不 具 合 発 生 を 予 防 可 能 信 頼 度 を 定 量 評 価 することで 重 要 故 障 モードを 識 別 し 全 体 システム の 目 標 信 頼 度 (0.999) 実 現 の 為 の 道 筋 ( 設 計 対 策 )を 明 確 化 III. 数 値 解 析 要 素 試 験 中 心 の 検 証 これまでの 要 素 試 験 に 基 づく 精 緻 な 物 理 モデルを 構 築 し 開 発 コスト 低 減 数 値 解 析 や 要 素 試 験 を 充 実 化 することにより 大 規 模 な 試 験 や 不 具 合 による 手 戻 りを 減 らし 信 頼 性 を 確 保 しつつ 開 発 費 を 低 減 複 雑 な 現 象 を 高 精 度 で 予 測 評 価 解 析 ソフト/スーパーコンピュータの 性 能 向 上 を 活 用 製 品 コスト 低 減 安 全 率 や 冗 長 設 計 等 のルールベースの 信 頼 性 確 保 ではなく 物 理 現 象 に 基 づいた 定 量 的 信 頼 度 評 価 により 各 故 障 モードに 対 して 重 要 設 計 パラメータを 識 別 これを 製 造 検 査 工 程 にフィードバックし 無 駄 な 検 査 工 程 を 省 く 等 により 効 率 的 に 高 い 品 質 保 証 を 実 現 52

54 高 信 頼 性 開 発 プロセスを 支 える 技 術 を 以 下 に 示 す 方 策 補 足 C エンジン 開 発 高 信 頼 性 開 発 プロセス 高 信 頼 性 開 発 プロセス(2/3) Ⅰ. 故 障 モードを 設 計 段 階 で 網 羅 的 に 識 別 Ⅱ. 設 計 信 頼 度 の 定 量 評 価 Ⅲ. 数 値 解 析 要 素 試 験 中 心 の 設 計 検 証 高 信 頼 性 プロセスを 支 える 技 術 (a) 故 障 モード 識 別 の 支 援 ツール 国 内 外 他 産 業 の 不 具 合 事 例 等 データベースと 独 自 ツールにより 故 障 モード 識 別 を 効 率 的 に 実 施 (b) 物 理 モデルベースでの 検 証 技 術 実 証 試 験 では 非 常 に 高 コストとなる 検 証 を 高 精 度 数 値 解 析 で 迅 速 に 評 価 エンジン 全 系 過 渡 解 析 ( 始 動 / 停 止 ) 53 53

55 補 足 C エンジン 開 発 高 信 頼 性 開 発 プロセス 数 値 シミュレーション 等 を 活 用 したロケットエンジン 設 計 高 信 頼 性 開 発 プロセス(3/3) 燃 焼 室 噴 射 器 外 筒 燃 料 が 流 入 する 部 分 の 流 れを 正 確 にシミュ レーションすることにより 形 状 をできるだけ 簡 素 化 して 低 コスト 化 燃 焼 室 燃 焼 室 の 冷 却 流 路 の 形 成 と 外 筒 の 接 合 をHIP 工 法 により 統 合 3か 月 の 作 業 が1 日 に 銅 合 金 製 の 燃 焼 室 を 切 削 加 工 から 絞 り 加 工 に 変 更 して 材 料 費 加 工 工 数 を 削 減 要 素 試 験 による 検 証 液 水 ターボポンプ オープンインペラ ノズルスカート スピンフォーム 成 形 により 材 料 費 加 工 工 数 を 低 減 放 電 加 工 による 閉 じ た 流 路 形 成 に 時 間 が かかっていたが 切 削 加 工 ができるように 形 状 を 変 更 高 度 な 流 体 設 計 で 効 率 を 落 とすことなく 可 能 に インペラCFD 結 果 ( 静 圧 分 布 ) タービンCFD 結 果 (M 数 分 布 ) 超 音 速 タービン 少 量 の 駆 動 ガスから 大 きなパワーを 取 り 出 すため 音 速 を 超 える 状 態 で 作 動 (JAXA の 高 度 な 流 体 解 析 技 術 により 可 能 に) 54

56 ( 参 考 ) 水 素 系 エンジン 開 発 の 歴 史 と 現 状 1. 国 産 化 を 目 指 したH-Iロケットの 開 発 以 来 ロケットの 心 臓 部 として 35 年 にわたって 空 白 期 間 を 設 けること なく 開 発 を 継 続 し 米 国 欧 州 と 同 等 以 上 の 技 術 水 準 に 到 達 2. 最 新 の 設 計 製 造 技 術 を 取 り 入 れ 信 頼 性 を 高 めつつコストダウン 実 現 LE 7A LE 5Bは2001 年 の 初 飛 行 以 来 ミッションに 影 響 する 不 適 合 を 生 じていない 3. 高 い 信 頼 性 コスト 効 率 性 能 は 世 界 で 認 められ 欧 米 と 共 同 研 究 米 国 へキー コンポーネント 輸 出 4. 次 期 エンジンは1/2 段 エンジン 技 術 を 共 通 化 しリソース 集 中 最 新 の 製 造 技 術 と 高 信 頼 性 開 発 手 法 を 適 用 し 我 が 国 が 培 った 高 い 付 加 価 値 を 持 つエンジンをさらに 発 展 させる 1977~ ~ ~ 日 本 独 自 の ロバストサイクル 採 用 溶 接 98 箇 所 LE-5 日 本 初 の 液 水 エンジン 水 素 取 扱 い 技 術 を 獲 得 LE-7 大 推 力 高 性 能 成 功 率 86% (6/7) 1994 LE-5A 推 力 2 割 アップ 成 功 率 83%(5/6) 溶 接 8 箇 所 1994~2003 最 新 加 工 機 械 の 導 入 3DFEM&CFD 設 計 導 入 溶 接 等 製 造 技 術 の 刷 新 コスト4 割 減 信 頼 性 向 上 成 功 率 100% (30/30) 1994~2002 燃 焼 室 製 造 技 術 の 刷 新 ノズル 簡 素 化 設 計 LE-7A LE-5B 推 力 2 割 アップ 信 頼 性 向 上 コスト4 割 減 成 功 率 100%(24/24) 今 後 の 取 り 組 み LE-X 2010 次 期 フ ースタ エンジン ( 推 力 150トン 級 ) 次 期 上 段 エンジン ( 推 力 16トン 級 ) 高 信 頼 性 開 発 手 法 を 適 用 主 構 成 品 設 計 供 給 共 同 研 究 中 共 同 研 究 中 (ヘ ンチマーク) RS-68 MB-XX Vulcain2 RS68キーコンポーネント 輸 出 米 国 主 力 ロケット デルタ4メインエンジン 成 功 率 100% (22/22) メインバルブ 熱 交 換 器 MHI 社 とPWR 社 で 共 同 開 発 米 国 基 幹 ロケット 上 段 エンシ ンとして 提 案 欧 州 主 力 ロケット アリアン5メインエンジン 成 功 率 97% (29/30) ターボポンプ 技 術 の 比 較 欧 州 を 凌 駕 する 性 能 と 信 頼 性 を 確 認 ターボポンプ 燃 焼 器 に 関 する 共 同 研 究 を 実 施 中 55

57 補 足 D 大 型 ロケットの 世 界 動 向 ~ 米 国 ~ 1 EELV(デルタ4 アトラス5) DoD 主 導 でEELV 維 持 改 良 安 全 保 障 打 上 げの 自 律 性 確 保 2 有 人 探 査 ロケットSLS 高 度 な 将 来 技 術 と 多 額 の 投 資 を 必 要 とする 開 発 をNASAが 実 施 3Falcon9 Antares NASAのCOTS/CRSプログラムによる 資 金 支 援 技 術 援 助 により 民 間 に よる 低 軌 道 ロケット 輸 送 船 開 発 輸 送 低 コスト 化 を 指 向 デルタ4 アトラス5 (a) Space-X 社 : Falcon9およびDragon 宇 宙 船 開 発 (b) OSC 社 : AntaresおよびCygnus 宇 宙 船 開 発 SLS ファルコン9 アンタレス 56

58 補 足 D 大 型 ロケットの 世 界 動 向 ~ 欧 州 ~ 1 Ariane4 Ariane5 政 府 衛 星 打 上 げに 加 え 商 業 打 上 げで 産 業 基 盤 維 持 とするスキームを 政 府 と 民 間 とで 共 有 政 府 支 出 により 競 争 力 のあるロケットAriane4/5を 開 発 政 府 は 開 発 資 金 拠 出 ARTA LEAPプログラム( 信 頼 性 向 上 等 )や EGAS ESA s Financial Support( 固 定 費 分 の 補 助 )など 民 間 の 競 争 力 を 向 上 するプログラムによってバックアップ *1) 民 間 は 上 記 支 援 の 下 で 商 業 打 上 げ 獲 得 の 努 力 (コストダウン 営 業 活 動 など)を 実 施 2 Ariane5ME Ariane6( 開 発 中 ) Ariane5MEで 打 上 げ 能 力 向 上 を 図 り Ariane5の 競 争 力 を 向 上 Ariane6でシングルローンチ 化 し Ariane5のデュアルローンチ 組 合 せ 確 保 の 困 難 さを 克 服 するとともに 競 争 力 強 化 で 政 府 支 援 の 低 減 を 狙 う 現 在 のSoyuzによる 中 型 衛 星 打 上 げまで 補 完 することで 欧 州 の 自 律 性 を 強 化 し ラインナップの 整 理 と 効 率 化 を 目 指 す *1)ARTA(Ariane5 Research and Technology Accompaniment): Ariane5における 不 適 合 処 置 や 再 開 発 等 の 信 頼 性 向 上 活 動 LEAP(Launchers Exploration Accompaniment Program): ARTA 後 継 プログラム EGAS(European Guaranteed Access to Space):アリアン5 事 業 の 固 定 費 部 分 を 支 援 し 打 上 価 格 低 減 など 競 争 力 強 化 アリアン4 アリアン5 アリアン6 57

59 補 足 D 大 型 ロケットの 世 界 動 向 ~ロシア~ ロシアは 過 去 の 開 発 成 果 を 転 用 したロケットを 運 用 してきたが 近 年 打 上 失 敗 が 増 加 傾 向 にあり 技 術 力 や 製 造 品 質 の 低 下 が 推 定 される 1 プロトンM(ILS 社 *1) ) 安 価 な 打 上 価 格 により 大 型 静 止 衛 星 市 場 をアリアン5と2 分 近 年 は 2007 年 に 導 入 した 上 段 (ブリーズM) 再 着 火 で 失 敗 が 続 発 ( 技 術 力 不 足 により 改 良 への 対 応 に 不 備 があるとの 情 報 ) 2 ゼニット3SL(シーローンチ 社 *2) ) ゼニット3SLB(ランドローンチ 社 *3) ) ロシア 版 スペースシャトルエネルギアの 補 助 ブースタに2,3 段 を 追 加 商 業 打 上 げ 市 場 で 一 定 の 地 位 を 確 保 するも 2007 年 の 一 度 の 打 上 げ 失 敗 で 中 断 し 経 営 破 たん(2011 年 再 開 ) 3アンガラロケット( 開 発 中 ) Angara 開 発 でロシア 系 ロケット 刷 新 のほか 他 国 の 技 術 部 品 への 依 存 からの 脱 却 他 国 射 場 から 国 内 射 場 への 移 行 など 打 上 げシステムの 全 面 刷 新 を 目 指 す 5~6%のインフレにより 打 上 げ 価 格 は 上 昇 傾 向 プロトンM ゼニット3SL アンガラ *1) プロトンM 打 上 げサービス 会 社 ロシアのクルニチェフ 社 が 株 の 過 半 数 を 保 有 本 社 は 米 バージニア 州 レストン *2) ゼニット3SL 打 上 げサービス 会 社 ロシアのエネルギア 社 が 株 の95%を 保 有 ボーイング 社 ( 米 )とAker 社 (ノルウェー)が 残 りの5%を 保 有 *3) ゼニット3SLBをバイコヌールから 打 ち 上 げるシーローンチ 社 の 子 会 社 58

60 補 足 D 大 型 ロケットの 世 界 動 向 ~ 中 国 ~ ロケット 開 発 動 向 *1) 現 行 ロケットはほぼすべてヒドラジン 系 を 燃 料 としている( 長 征 2 号 上 段 は 固 体 キックモータ 長 征 3 号 上 段 は 液 酸 液 水 がある) 性 能 向 上 および 低 毒 化 等 を 目 指 し ケロシン 水 素 固 体 を 燃 料 とする 次 世 代 ロケットを 開 発 中 1 長 征 5 号 5m 径 コアおよび3.35m 2.25m 径 ブースタの 組 合 せファミリー 化 により 軽 量 級 から 重 量 級 まで 対 応 打 上 げサービス 市 場 や 宇 宙 ステーション 用 の 大 型 補 給 機 等 の 打 上 げなどに 柔 軟 に 対 応 可 能 とする 機 体 構 成 : 液 体 3 段 式 全 長 最 大 60m 推 進 剤 : 液 体 酸 素 /ケロシン(120トン 級 1 段 ブースタエンジン 上 段 エンジン) 液 酸 / 液 水 (50トン 級 コ ア1 段 エンジン 上 段 エンジン) 打 上 能 力 :LEO10~25t GTO6~14t(ブースタおよび 上 段 有 無 等 の 組 合 せによる 下 図 参 照 ) 初 号 機 予 定 :2014 年 長 征 5 号 ファミリー*2) 120トン 級 LOX/ケロシンエンジン*3) *1) JAXA 調 べ *2)CASC Website, 2013 *3) The New Generation of LVs and Its Applying to China s Lunar Exploratiion Program, CAST, ISU Symposium トン 級 LOX/LH2エンジン*3) 59

61 補 足 D 大 型 ロケットの 世 界 動 向 ~ 中 国 ~( 続 き) 2 長 征 6 号 機 体 構 成 : 第 1 段 2 段 直 径 2.25mの2 段 式 ( 第 1 段 は 長 征 5 号 の2.25mブースタと 同 型 ) 推 進 剤 : 液 体 酸 素 /ケロシン 打 上 能 力 :SSO 約 700km1t 以 下 (500kgとの 情 報 もあり) 2009 年 開 発 開 始 2013 年 初 号 機 打 上 げの 可 能 性 3 長 征 7 号 現 在 有 人 宇 宙 船 神 舟 の 打 上 げに 使 用 されている 長 征 2Fロケットの 後 継 機 となる 予 定 機 体 構 成 : 第 1 段 直 径 3.35m( 長 征 5 号 の3.35m ブースタと 同 型 ) 4 基 の 補 助 ロケットブースタ( 長 征 5 号 の2.25mブースタと 同 型 )を 備 えた2 段 式 推 進 剤 : 液 体 酸 素 /ケロシン 打 上 能 力 :LEO13.5t SSO700km5.5t 2010 年 開 発 開 始 2014 年 初 号 機 打 上 げの 可 能 性 長 征 5 号 長 征 7 号 長 征 6 号 次 世 代 長 征 シリーズ *1) 4 長 征 11 号 *2) 移 動 式 ICBM 東 風 31A(DF-31A)を 改 良 した 小 型 固 体 ロケット 正 式 に 国 家 プロジェクトとして 承 認 されたと 発 表 現 在 初 期 設 計 フェーズにあり 2013 年 中 にプロトタイプの 開 発 を 実 施 予 定 ロケットとしては 固 体 は 中 国 初 となる 固 体 ロケットは 液 体 ロケットに 比 べて 打 上 げ 能 力 は 低 いが 打 上 げまでに 要 する 時 間 が24 時 間 以 内 であることか ら 突 発 的 な 災 害 発 生 時 の 通 信 観 測 ミッションに 対 応 可 能 で 災 害 発 生 後 の 的 確 な 対 策 を 講 ずることが 可 能 と なる としている 打 上 能 力 :SSO700km350kg 2013 年 開 発 着 手 2014 年 初 号 機 打 上 げの 可 能 性 *1) The New Generation of LVs and Its Applying to China s Lunar Exploratiion Program, CAST, ISU Symposium 2007 *2) 中 国 ロケット 技 術 研 究 院 (CALT) 副 院 長 梁 小 虹 氏 コメント, CASC News,

62 補 足 D 大 型 ロケットの 世 界 動 向 ~インド~ GSLV Mk-III(LVM3) *1) 現 在 のインドの 主 力 ロケットであるGSLVのGTO 打 上 げ 能 力 は2200kgであるが 自 立 的 な 宇 宙 輸 送 能 力 を 保 持 すること 等 を 目 的 として 能 力 を 向 上 したロケットを 開 発 中 機 体 構 成 : 全 長 42.4m 3 段 式 推 進 薬 110トンの 液 体 コアステージ(L-110) 2 本 の 推 進 薬 200トンの 固 体 ロケットブースタ(S-200) LOX/LH2エンジン(CE20)を 用 いた 推 進 薬 25ト ンの 上 段 ステージ(C-25) 打 上 能 力 :GTO4t 初 号 機 予 定 :TBD(2012 年 とされていたが 2013 年 計 画 にも 予 定 なし) 開 発 状 況 :2010 年 大 型 固 体 ロケットブースタ(S-200)の 地 上 燃 焼 試 験 及 び 液 体 コアス テージ(L-110)の 燃 焼 試 験 に 成 功 した 一 方 エンジンは 同 一 ではないものの 国 産 極 低 温 上 段 ステージ(CUS)を 用 いたGSLV Mk-IIの 飛 行 試 験 (GSLV-D3)に 失 敗 し 対 応 作 業 を 実 施 中 GSLV Mk-III 大 型 ロケットブースタ(S-200) CE20(Cryogenic Engine) 統 合 ターボポンプ 試 験 液 体 コアステージ(L-110) S-200 地 上 燃 焼 試 験 CUS(Cryogenic Upper Stage) 燃 焼 試 験 5M 径 フェアリング *1) ISRO Annual Report 61