ロケットは飛行機から打ち上げられるのでしょうか？空中発射ロケットの先駆者、ペガサスロケット

ペガサス計画は 1987 年の春に始まり、政府からの資金援助なしに当時のオービタル サイエンシズ コーポレーションとヘラクレス エアロスペース コーポレーションによる自己資金で開発されました。しかし、開発初期の飛行試験と最初の数回の飛行中、NASA は B-52 爆撃機を改造した試験機を提供し、これも費用の一部を負担しました。さらに、最初の 2 つの顧客である Orbital Communications Constellation と Earth Observation Constellation が前払いを行いました。

1990 年 4 月 5 日、NASA のテストパイロットで元宇宙飛行士のゴードン・フラートンが運搬機を指揮し、ペガサスロケットの最初の打ち上げを実施しました。ペガサスロケットの最初の顧客は米国国防高等研究計画局（DARPA）だった。当時、DARPAは5つの打ち上げ計画に署名したが、実際に実行されたのは1つだけで、残りの4つは米空軍に引き渡された。

1994年までに、オービタル・サイエンシズ・コーポレーションは退役したロッキード L-1011 旅客機を購入し、『スタートレック: ネクストジェネレーション』に登場する USS スターゲイザーに敬意を表して「スターゲイザー」と名付けました。

1993 年、NASA は、オリジナルのペガサスよりもわずかに優れた性能を持つ小型使い捨て打ち上げロケットサービス (SELVS) の提案依頼書を発行しました。 1994 年、オービタル サイエンシズ社とヘラクレス社は、NASA の要件を満たす XL バージョンを開発しました。ペガサスXLの第1段と第2段は長くなりましたが、第3段は変更されませんでした。飛行操作手順はそのままに、スターゲイザーの翼が強化され、より大型のロケットを搭載できるようになり、現在の主力機種となっている。

ペガサスは米国で非常に良い評価を受けました。アントニオ・エリアス率いる開発チームは、1991年に当時の米国ブッシュ大統領から国家技術賞を受賞した。

ペガサスの当初の打ち上げ価格は600万ドルで、上段にヒドラジン補助推進システム（HAPS）は搭載されていなかった。その後のペガサスXLの発売価格は大幅に上昇しました。このロケットを使用して、NASA の電離層接続探査機 (ICON) ミッションが打ち上げられました。契約総額は5,630万ドルに達し、これには「固定打ち上げサービス費用、宇宙船の処理、ペイロードの統合、追跡、データとテレメトリ、およびその他の打ち上げサポート要件」が含まれていた。打ち上げは2019年10月11日に実施されました。

ペガサスは44回の打ち上げの歴史の中で、3回のミッション失敗（STEP-1、STEP-2、HETI/SAC-B）、2回の部分的失敗（USAFMicrosatおよびSTEP-2）を経験しましたが、その後30回連続で飛行に成功し、全体の成功率は89％でした。 1991 年 7 月 17 日の最初の部分的な失敗により、米国空軍の 7 つの超小型衛星が予定の軌道に投入されなかった。 1996 年 11 月 4 日の故障により、ガンマ線バースト識別衛星は失われました。

ロケットの構造

ペガサスと地上発射ロケットの最大の違いは、翼があることです。主翼だけでなく尾翼も付いています。尾部アセンブリは、リアスカート、水平尾翼、単一の垂直尾翼、およびサーボで構成されています。尾翼アセンブリは、従来の全アルミニウム構造フレームと応力外板で構成されており、尾翼の回転軸はチタン合金で作られています。

ペガサスロケット構造の概略図

ペガサスは固体ロケットであるため、必然的に精度が低いという問題に直面します。固体ロケットエンジンには推力偏心があり、つまり推力とロケット軸の間に横方向のオフセットと方向の偏差角度があります。この状況は液体エンジンではそれほど深刻ではありません。ペガサス上段ロケットは、この偏差を修正するように設計されています。ユーザーが精度に対する要求が高くなく、HAPS上段を設置していない場合、3段式ロケットはミッションを完了し、衛星とロケットは運搬機から分離してから10分後に分離します。 HAPS上段を搭載すれば、衛星を最終軌道に送り込むことができる。

HAPSなしのペガサスXLの飛行手順

ペガサスXLロケットはHAPS飛行プログラムを搭載

飛行中、ロケットの姿勢は冷気推力ベクトル制御システムによって調整されます。矢印には液体窒素タンクが装備されており、液体窒素の噴霧によって制御トルクを生成します。

打ち上げ場所の柔軟な選択

ペガサスロケットは、打ち上げ場所や打ち上げ方向を柔軟に選択でき、さらには航空機の離陸場所も柔軟に選択できるという空中発射ロケットの利点を十分に発揮しています。

ロケット運搬船の主要基地はヴァンデンバーグ空軍基地であり、極軌道や高傾斜軌道を含む 70° から 130° の軌道傾斜角を実現できます。より大きな傾斜角度が必要な場合は、追加の分析と範囲管理との調整が必要になります。傾斜角を低くしたい場合は、空中でロケットの軌道を大幅に変更することで実現できますが、これにより大量の推進剤が消費され、積載量が減少します。同様に、ヴァンデンバーグ空軍基地から発射する場合、特定の傾斜角度が不可能となる特別な落下ゾーンの安全要件がある場合があります。良い点は、ここで打ち上げると、現地の測定、制御、追跡、通信設備を利用できることです。

ペガサスは、ワロップスフィールド空軍基地 (WFF)、東海岸空軍基地 (ER)、レーガン試験場 (RTS) などの他の射撃場からも発射できます。東海岸から打ち上げる場合は、NASA の関連施設または米国空軍東海岸試験場を使用する必要があります。

ペガサスのオプション発射場

衛星を赤道軌道に打ち上げたい場合は、クェゼリン環礁の試験場から離陸することができます。オービタル・サイエンシズ社と試験場との間で締結された契約に基づき、施設はまず、打ち上げ期間中にペガサス打ち上げのミッションサポートに使用されます。

一般的に、宇宙打ち上げでは、衛星メーカーとロケットメーカーがそれぞれ製品を発射場に送り、そこで加工・組み立てを行ってから打ち上げを行う必要があります。しかし、ペガサスは固体ロケットと空中発射を採用しており、これにより運搬航空機がロケットを運び、衛星を「組み立てる」ことが可能となっている。 1997年、ヴァンデンバーグで統合された後、ペガサスはスターゲイザーに搭載され、スペインのマドリードに飛行し、そこでスペイン製のMINISAT-01衛星と結合し、その後グランカナリア島に向かい、そこで打ち上げに成功しました。

飛行手順

ペガサスの主要部品は工場を出た後、組み立てのためにヴァンデンバーグ空軍基地に輸送されます。 「ホットパッド」という愛称で呼ばれる危険貨物取扱エリアがペガサスロケット専用に設置された。

「ホットパッド」には、地上支援設備、組み立て・統合試験設備、軌道輸送設備、輸送車両など、ロケットと衛星の処理設備一式が揃っています。一部の機器はロケットの輸送、積み込み、積み下ろしに使用され、一部は統合とテストに使用され、一部は衛星の環境制御を確実にするために使用されます。処理施設は、衛星とロケットの一体化を実現するために必要な設備を提供しますが、衛星自体の処理設備は衛星所有者が提供する必要があります。

衛星とロケットが結合された後、フェーズテスト、飛行シミュレーションなど、一連のテスト活動が実行されます。これには、ロケットの飛行コンピューターの特別なテストが必要です。試験中は、空力制御面、空調制御システム、サーボコマンドシステムなど、ロケットの主要サブシステムが適格であることを確認する必要があります。

衛星自体については、打ち上げの30日前には打ち上げ場に到着しているはずです。打ち上げがヴァンデンバーグ空軍基地ではなく、ユーザーが選択した空港で行われる場合、10 日前までに打ち上げを行う必要があります。ロケットと衛星を組み合わせる前に、衛星自体のテストを完了する必要があります。このため、発射場との調整作業が必要となり、危険物や危険なプロセスについては 120 日前までに調整する必要があります。

ペガサスは飛行機に吊るすだけでは打ち上げられません。一般的には、打ち上げの 3 ～ 4 日前に運搬機に搭載し、さまざまな機械的および電気的インターフェース テストを実施する必要があります。このとき、航空機は電気とガスの供給のために地上車両を使用する必要があります。場合によっては、衛星に花火が使用され、打ち上げ近くに設置されることもあります。そのため、ロケットのフェアリングにハッチが残され、飛行機が離陸する 1 時間前に設置されます。

すべてのテストが完了すると、地上車両は運搬航空機とのすべての接続を切断し、航空機エンジンの電力を使用してロケットと衛星に電力を供給し、フェアリング内の環境を維持します。離陸する前に、ロケットのさまざまなヒューズをオンにする必要があります。飛行機が離陸してから 10 分以内に、電源を矢印のバッテリーに切り替える必要があります。打ち上げの45秒前に、ロケットはもう一度セルフチェックを実施します。自己チェックに合格すると、発射管制室に信号を返します。その後、パイロットは管制室からの指示に従ってロケットを発射します。