北京からニューヨークまでたった1時間？

この記事の専門家：林文傑、エンジニア、Chuando Think Tankの上級研究員

長距離を旅行する場合、どの交通手段を選びますか?

多くの友人、特にビジネスマンは「飛行機」と答えると思います。

飛行機は速くて便利ですが、国際旅行にはやはり時間がかかります。たとえば、北京からニューヨークまで旅行するには12時間かかります。

しかし、あなたはそれを想像したことがありますか?ある日、この時間が1時間に短縮されるかもしれません。

最近、外国メディアは、中国の民間航空宇宙会社が「弾道飛行」の宣伝ビデオを公開し、時速7000マイルで飛行し、北京からニューヨークまで1時間で飛行できる航空機を開発中であると主張していると誇張して報道した。この航空機は「有翼ロケット」タイプの極超音速航空機です。

この報告書は国内外で広く注目を集めた。多くの人が疑問に思い始めました。北京からニューヨークまで行くのに本当に1時間しかかからないのだろうか？将来的には一日で世界を一周することはできないでしょうか？極超音速航空機はどれくらい強力ですか?まずこれらを明確にしましょう…

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北京からニューヨークまでたった1時間で？

弾道飛行は現在、航空宇宙分野で注目されている話題であり、将来の航空開発のトレンドでもあります。弾道飛行の特徴はその高速性です。都市間でこの飛行モードを使用すれば、時間を大幅に短縮できます。

弾道飛行を実現するには、2地点間の高速移動に使用される極超音速航空機が必要です。マッハ5～15の飛行速度に達することができ、航空飛行時間を大幅に短縮します。

北京からニューヨークまでの距離は1万キロ以上あり、現在の飛行時間は約12時間です。速度をマッハ5以上に上げれば、飛行時間は1～2時間に短縮できる。

しかし、現在、世界には弾道極超音速飛行の技術検証機は存在せず、世界の大国はこの点についてまだ設計段階にある。民間航空産業の現状と発展のスピードから判断すると、弾道空間を民間航空の飛行に利用するための関連技術が成熟するには、少なくとも15年かかるだろう。

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弾道極超音速飛行を実現するにはどうすればよいでしょうか?

弾道極超音速飛行を行うためには、空気の薄い弾道空間を飛行できる新しいタイプの航空機を建造する必要がある。

弾道高度は30キロメートルから100キロメートルの範囲であり、現在の航空分野では未開発の高度である。従来の民間航空機の巡航高度は10キロメートルであり、この高度で飛行できるのは軍事目的で使用される一部の特殊な航空機のみです。

弾道高度は空気が薄いという特徴があり、航空機の飛行抵抗を大幅に減らすことができるため、航空機の速度も増加し、マッハ5以上に達します。しかし、問題も発生します。薄い空気では既存の航空機エンジンを動かすことができないため、弾道高度飛行専用の動力システムを開発することしかできません。

動力の 1 つは空気吸入スクラムジェットと呼ばれ、吸入ガスの空気速度が音速を超えるため、より高い飛行速度に達することができます。関連研究結果によると、スクラムジェットエンジンはマッハ数6～8で正味推力を生成でき、従来の亜音速燃焼ラムジェットエンジンよりも効率的です。

スクラムジェットエンジンの研究開発は、風洞設備、材料、技術的なボトルネックなど、さまざまな極限の技術的課題に直面します。ロケットエンジンを使用して弾道空間を飛行する場合、理論的には高いマッハ数を達成できますが、より多くの燃料を搭載する必要があります。空気呼吸エンジンは薄い空気を使用して燃焼をサポートできるため、酸化剤を搭載する必要がありません。

そのため、空気吸入式スクラムジェットエンジンは長距離弾道飛行の中核となる動力源の一つであり、研究開発にはより多くの人的資源と物的資源が必要となります。

現在の民間航空機の設計の一般的な方向性は、飛行高度 10,000 メートル、亜音速巡航と決まっており、大陸間飛行の間隔を短くすることはできないと決定しています。

かつてイギリスとフランスは、マッハ2.2の飛行速度を持ち、大西洋横断飛行に使用されたコンコルドを開発し、運用しました。同じ距離を飛行する場合、飛行時間は高亜音速巡航旅客機の半分ですが、運航コストが高いなどの問題も顕著です。 12,000飛行時間ごとに10か月のオーバーホールが必要となり、オーバーホール1回あたりのコストは1,000万ドルになります。また、収益性は亜音速旅客機に比べて低くなります。

弾道極超音速旅客機を開発する場合、運用コストの問題も考慮する必要があります。

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いつになったら一般人の生活に入り込むのでしょうか？

近い将来、弾道極超音速航空機は主に航空技術の検証、軍事、科学研究などの分野で利用されるでしょう。一般人の日常の移動手段に本当に浸透するには長い時間がかかるでしょう。大規模な有人飛行が実施されるまでには今世紀半ばまでかかるかもしれない。

技術的リスクの観点から見ると、マッハ5～15の弾道速度で飛行するための動力システムは未だ成熟には程遠く、空力設計も理論段階に留まっており、人を乗せられるようになるまでにはまだまだ長い道のりがある。エンジニアリングプロトタイプが製造されたとしても、収益性の問題を考慮する必要があります。それがこんなに早く一般人の生活に入り込むのは明らかに不可能だ。

民間航空において、次の変化の段階は、弾道飛行可能な極超音速機ではなく、より静かな超音速旅客機となるだろう。

NASA と他の組織は、超音速飛行によって生じるソニックブームの問題に対処するために取り組んでおり、テスト用に X-59 静音超音速技術航空機を開発しました。ソニックブームの問題が解決されれば、超音速旅客機は陸上を飛行できるようになり、世界中のより多くの空港で離着陸できるようになります。この見通しは、弾道飛行可能な極超音速航空機よりもはるかに魅力的です。

弾道飛行は想像力豊かなビジョンです。それが数十年以内に実現できるかどうかは、他の交通手段が成熟するかどうかにかかっています。

近い将来、超音速旅客機がより現実的になる。技術的な成熟度やコスト管理の観点から見ても、弾道飛行よりも私たちの生活にずっと近いものです。

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