ロケット科学ほど、エンジニアリングの卓越性と技術的ノウハウを示すものはありません。また、これほど費用のかかるものもありません。軽量ロケットでさえ、宇宙に打ち上げるには軽く1億ドルを超える費用がかかります。これは主に、エンジンのハードウェアの複雑さに起因しています。
「打ち上げロケットのコストの大部分がどこから発生するかを考えてみると、すぐにロケットエンジンに行き着きます」と、ニュージーランドに拠点を置く民間宇宙飛行会社Rocket LabのCEO、ピーター・ベック氏はPopular Science誌に語った。「低コストで大量生産可能なロケットエンジンを開発するのは本当に難しいのです。」
宇宙旅行の莫大なコストに対抗するため、ロケット・ラボはロケットエンジンの製造方法と機能の両方を刷新しています。本日、コロラド州で開催された宇宙シンポジウムにおいて、同社は新型エンジン「ラザフォード」を発表しました。これは史上初のバッテリー駆動型ロケットエンジンです。ほぼ全て3Dプリント部品で作られたこの設計は、ロケット・ラボのエレクトロン軌道打ち上げ機に搭載され、今年後半に初試験飛行が予定されています。
「このプログラムは、コストを削減し、打ち上げ頻度を高めて、堅固な宇宙インフラを構築することを目的としています。」
今日のロケットエンジンは、ほぼ同様の方式を採用しています。液体燃料と液体酸化剤が燃焼室内で混合し、点火します。最終的に、この燃焼がロケットを前進させます。しかし、推進剤を燃焼室に供給するのは複雑なプロセスであり、液体を超高速で高圧領域に送り込むために、別途ターボポンプが必要となります。通常、これらのポンプを作動させるためだけに別のエンジンが必要となり、追加のハードウェアと追加の燃料が必要になります。
しかし、ラザフォードのターボポンプでは、はるかに凝縮されたエネルギー源が利用されます。液体推進剤ではなく、リチウムポリマー電池を搭載した電動モーターでポンプを駆動します。これにより、エンジンの重量を増加させ、しばしばエンジン故障の原因となる、スパゲッティチューブやバルブといった余分な部品が不要になります。電動ポンプは、酸素と炭化水素燃料を燃焼室に容易に混合します。
「電動ターボポンプの実現を可能にしたのは、バッテリー技術の進歩に他なりません」とベック氏は語る。「3、4年前でさえ、この技術は十分ではありませんでした。しかし、短期間で飛躍的な進歩を遂げ、現在では電気モーターの効率は約95%に達しています。一方、ガスモーターの効率は60%です。」
電気推進のアイデア自体は目新しいものではありません。最も有名な電気エンジンとしては、イオンを加速してロケットを推進するイオンスラスタが挙げられます。このようなエンジンは現在、準惑星ケレスへの探査機「ドーン」で使用されています。しかし、ラザフォードはエンジンにバッテリー電源を組み込んだ最初の企業です。
ラザフォードのユニークな点は、高度な3Dプリント技術である電子ビーム溶融法によって製造されていることです。エンジン室、インジェクター、ターボポンプ、そしてメインの推進剤バルブはすべて3Dプリントされ、軽量な形状に組み立てられています。
ラザフォードエンジンは、ロケットラボのエレクトロンロケットの主推進源となります。同社は、エレクトロンロケットを、最大220ポンド（約100kg）までの衛星やその他の小型ペイロードを低コストで宇宙に打ち上げる手段として活用したいと考えています。全長65フィート（約19.3m）、幅3フィート（約90cm）のこのロケットは、1回の打ち上げコストが約490万ドル（約5億円）に抑えられると試算しています。SpaceXがロケットの再利用によって宇宙飛行コストを削減しようと試みる様子を全米が注視する中、ロケットラボはこの新設計が宇宙旅行に伴う経済的負担の一部を軽減することを期待しています。
「このプログラムの目的は、コストを削減し、打ち上げ頻度を高めることで、強固な宇宙インフラを構築することです」とベック氏は語る。地球を周回する通信衛星群が増えれば増えるほど、より繋がりのある世界に近づくのだ。
