ベンチャー企業スペースXの成功の秘訣そして私たちへの示唆点
韓国航空宇宙研究院院長、ソウル大学機械航空工学部教授 キムスンチョ
ベンチマークのファルコン9こそが韓国型発射体の理想形 アメリカの技術供与は？
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［宇宙のミーナ］私たちのロケット開発の現状と月探査計画と 今現在の私たちのロケット開発を見てみましょう。先進国は再びジョギングを開始するために第一歩段階である私たちは、いつでもすぐに迫ってくる宇宙産業化時代を控えてどんな備えをしているか
1人当たりの所得4〜5万ドル(現在は2万ドル台)という先進国入りを夢見ている大韓民国が数千億ドルの市場に開花する宇宙産業の主役になる礎石をよく固めているか 2兆ウォンという巨額をかけて発射体開発事業を行っているが、開発が完了したら、国際舞台でどのような役割をすることができるかどうか、未完了の計画は何なのかを見てみる時点である
私たちの技術で果たして実現可能かどうかなどの疑問点も一緒に探ってみよう
1. ナロ号開発と韓国型発射体
韓国はナロ号開発事業を通じて、研究人材と発射台インフラを備える程度だ。試験施設と宇宙産業インフラは韓国型ロケット開発事業を通じて確保することができることができるかだ。
韓国型ロケット開発は、2010年に開始され、今年で開発5年目を迎えた。初期には、羅老号 打ち上げ失敗で予算と人員が本格的に投入されていないで遅く進行された後、2012年から本格的に速度を出している。
今年(2015年)には75トン、7トンのエンジンなどの設計を筆頭に4400億ウォンという多くのコストがかかる試験施設のインフラ構築が大々的に行われている。今年4月ごろになるターポンプ試験設備の完成を皮切りに、5月には、燃焼器試験施設が完成されているなど、羅老宇宙センター と韓国航空宇宙研究院の10個の試験施設が次々入る
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韓国型発射体は、1段目に75トンのエンジン4基、2段目には75トンエンジン1基、3段目に7トンのエンジン 1基など計6基のエンジンを搭載して700kmの太陽同期軌道に1.5トンの重さの衛星を投入することができる衛星打上げ用ロケットである。
1段2段ロケットを使って、適切な軌道に達した後、比較的小型 ある3段の7トンのエンジンでの微調整して、高度700km前後の太陽同期軌道に正確に上げることができる計画だ。
最も重要な核心開発品は75トンと7トンのエンジンである。この二種類のエンジン を自力で開発することができるかに事業の成否がかかっている。
2.韓国型ロケット開発の現状
これと関連し、今年2月、韓国航空宇宙研究院の燃焼試験施設で、小さいながらも意味のある試験結果が出てきた。7トンのエンジンの上端部インジェクターと燃焼室の燃焼試験では、我々のエンジニアが設計当時予測した数値を若干上回る燃焼試験の結果が出たのだ。エンジンの 初期燃焼試験としては非常に有望な結果だ。羅老号がロシアから1段目のロケットを導入する などロケット先進国との共同開発にもかかわらず二度も失敗したが、さすがに独自のロケット 開発が可能かという指摘もある。そして、これらの非難の混じった周辺の視線に対応する研究者 の士気が多少落ちたという事実も否定することはできない。
このような状況では意味のある燃焼試験結果 とは、私たちの能力に自信を持たせる肯定的な要因となった。 75トンのエンジンも、すでに初期の設計を終え、試験施設完成を待っている。来る4月に羅老宇宙センターの試験施設工事が終われば、2016年5月から75トンの燃焼器試験結果も、国民に公開することができると思われる。
これらの試験を皮切りに、2020年に打ち上げ試験までの長い期間にわたって各種試験を介して既に開発された各部分品の信頼性を確保する過程を経ることになる。今から2020年までの開発プロセスは、まさに退屈試験の連続であるわけだ。
今年の年末エンジン試験設備が完成すれば、来年初めから75トンのエンジン、7トンのエンジンの本格的な試験 が行われる。2017年には75トンのエンジンを1段に装着した縮小型2段ロケットの試験発射を経て単分離、ペアリング分離などの重要な試験も行う。 ※このへんの技術は羅老号のときにロシアから教えてもらえなかった
続いて2018年からそれぞれの段階試験を経て、信頼性を確保することになると、2019年の後半には韓国型発射体を試験発射体することができる
3. 韓国型ロケット開発の方向
ロケット開発技術は、まだ完全ではない、失敗が常に存在する分野だが、技術自体はすでに 長い歴史を経て検証された技術であるとすることができる。1940年代初め、ナチスのV2ロケットが既に酸化燃料に超低温の液体酸素を使用した、また、今も難しくする超低温の液体酸素を燃料と一緒に高速で送るためのターボポンプを新たに考案し使用しました。
ロケット燃焼はまさに与えた爆発、あるいは制御された爆発的なだけ少し間違っても失敗される。当時としてはこの世にいない技術で、最先端材料まで作りながらロケットというものを誕生 させたものである。
以後、米国とソ連の宇宙競争にロケット技術は急速に発達した。今から45年前 ある1969年、米国は月に着陸を安着させ、人類の夢を実現させるに至った。
技術的に最も驚くべきことは、アポロの「サターン5」ロケットである。1段になんと5基の800トン級エンジンを 付けたという事実は、今の技術でも容易ではないことである。この「怪物エンジン」F-1は、1959年に すでに燃焼試験を始め、1963年にはロケット製作チームに初めて納品を開始した。
それから50年後の今になっても、私たちは75トンのエンジンの開発にぶら下がっているので、技術的格差どの程度なのかを推測することができる。
しかし、このような状況は、むしろ、私たちに有利とすることができる。初期ロケット技術に関する重要なノウハウは極秘文書に保管されていた。ブラウン博士の学位論文は、ナチスドイツだけではなく米国でも60年代半ばまで秘密に分類され、限られた人だけが見ることができた。しかし、 永遠の秘密はないものだ。ロケット関連技術情報が1940年代から少しずつ流れ出る時がきた。ついに1949年には、関連する教科書が登場して、今では主要な技術がほとんど公開されて前 世界の大学で関連技術を教えている。
韓国の多くのエンジニアたちも国内外の大学で学んだロケット関連技術を実際の設計に適用している。
4. 成功韓国型ロケット開発は？
結局技術そのものではなく、その技術をどのように正確に設計に適用して、正確に製作することができるかがカギである。筆者はすでに世界的水準に達した私たちの自動車技術に注目しなければ と考えている。ここで適用される精密機械加工技術をロケットエンジンの開発に取り入れた場合 先進国を十分に追いつくことができていると思う。このだけではない。ロケットに使用される先端材料、耐熱材料などの技術もかなり確保されている。最近まで、米国の輸出許可（EL、Export Licence）アイテムであった高強度軽量アルミニウムリチウム合金も今は競合他社の登場でELリストから解放され、私たちが必要に応じていつでも買って使うことができるようになった。
これらの国内外の技術 的環境の変化と羅老号の開発を通じた私たちの能力の向上に加え、スペースXのようなベンチマーク事例まで存在している。私たちと短期間で低コストで宇宙先進国を追いつかないとする理由がない。実際の製品とエンジンのテストプロセスを経て、予想よりも早く信頼性を確保できれば、現在計画された比較的保守的な試験の回数とスケジュールを短縮することができるだろう。
したがって韓国型発射体開発事業は、スペースXの場合だけでなくても予想よりも早い時間内に開発が行われている大規模な研究開発事業になる可能性があるだろう。 この過程で、決して忘れてはならないことは、私たちも、スペースXのようにロケット開発後の量産価格 低廉化を必ず成し遂げなければならないということである。
もちろん、米国と私たちの技術環境が異なるために開発費用はスペースXのレベルに下げることは難しいが、量産時の価格競争力は必ず確保して 商業ロケット市場の成功のエントリを準備しなければならない。
したがって、今から諸般の部品の設計を 振り返ってみて量産過程に入ったときの価格を下げることができる製作工程を最大限に取り入れなければならないのだ。
スペースXの最終的な目標は、ファルコン9を再利用可能なロケットで作られ、1基当たり100億 ウォンまで価格を下げるという報告もある。（このあいだ回収に成功）
私たちのロケットはファルコン9やファルコンヘビー号より多小小型であるだけに低軌道用ロケットの現在の発射価格の300億ウォン前後より半分である150億の量産価格を達成しなければならない。
ここで、個々の衛星の特性を考慮した上部の設計変更、発射 運用に必要な費用などを含めると、最終的に最終的な発射費用は現在の市場価格に迫ることになるということ ある。価格競争力を備えたロケットを開発することは決して容易ではない宇宙産業化時代には必ず必要な競争力である。
5. 韓国型発射体の能力を見せてくれる月探査計画
月探査計画は、国内だけでなく海外でも非常な関心を持って見守っている。私たちの 月探査時計は2020年に合わせられている。探査船は、軌道船着陸が行われ。月探査は当然韓国型ロケットの完成を前提とする。本格的な月探査 を他国発射体とする国はない。月探査の重要な意味は、技術の確保と実装が必要だ。
代表的な事例を、私たちは中国で目撃した。中国の嫦娥月探査機に自国民があれほど熱狂したことは彼らの技術力を世界に誇るという誇りである。
私たちの月探査機のそれぞれの重量は約550kg程度と予想されている。韓国型発射体が衛星打ち上げ 軌道より低い300km程度の月転移軌道（Lunar Transfer Orbit、LTO）まで上げられれば ここでから月探査機を月軌道まで送ってくれるキックモーターが必要である。そのためにはナロ号2段に 使用されたキックモーターを改善して使用することもできる。
現在設計されたKSLV2の性能が実物に実装された場合、我々発射体がLTOまで3,000kg程度まで上げることができると期待する。探査船の重さを除けば、結局、2,400kg程度の重さが残ってキックモーターと月軌道まで行くのに必要な装備の重さで使われことができる。
月へ向かう旅程をどのように設計するかも重要ですが、とりあえずは宇宙探査用の軌道を設計することができる'GMAT'というツールを使うことになるだろう。
GMATは、NASA主導で開発参加国のプログラミングコラボレーションにより開発されている国際的なソフトウェア開発の課題ですが、私たちも2年前から参加している。このプログラムを使用して、さまざまなシミュレーションを実行して、最適なルートを 見つけることができる。
しかし、月への旅をシミュレートするときは、地球と月、太陽の重力場のみを考慮することになるだけで実際の飛行中、若干の軌道の変更が必要であり、そのために小規模のスラスター開発も必要である。このスラスターの場合、海外からの購入が難しい場合は、国内で開発しなければならない。 衛星用に、いくつかの開発経験があり、独自に開発しても十分に可能である。しかし、着陸は話が違う。着陸時には、逆推進のために、より強力なスラスターが必要であり、そのために 韓国航空宇宙研究院で2年前にも開発一次推進試験をしましたが、実際の月での使用のためには、今後、多くの改善が必要になるものです。
月探査に必要な着陸や軌道船、そして宇宙探査装置と探査ロボットは月探査開発事業 に参加の意思を明らかにした15個の政府出資研究機関と大学の協力により十分に開発されることがある。すでに今年から15個の出資研究所は、独自の課題に関連する予備研究を行う計画である。
月探査船の設計と開発は、衛星の延長線である。私たちが十分な衛星開発の経験を持っているため大きく難しくはないと思う。しかし、航空宇宙研究院が20年の衛星技術を持って あっても月に行く技術開発過程には、私たちはやってみないことと、全く予想していなかった 難関がある。
私たちが現在知らないこともまだ多いということだ。幸いなことに、この これらの部分についてはAmes Research Center、JPL、Goddard Space Flight Centerなど NASA傘下の研究所が喜んで協力するという意思を明らかにしている。近いうちに軌道船開発協力のためのNASA本部と宇宙探査関連の覚書（MOU）を締結も実現されるだろう。（月軌道船開発の協力は得られませんでした。NASAは金を受け取り韓国型軌道船をついでに月まで連れて行くだけのようです）
当初の韓国の月探査は国の中長期宇宙開発計画上に漠然と2023年と2025年にすることで行なうことで述べられていた。韓国型ロケットの開発に投入される予算のために開始時点が具体化されず、2020年頃にロケット開発予算要求が減少すれば、4〜6年後に実行してみようという抽象的な構想だった。
幸いなことに、朴槿恵政権発足とともに月探査と韓国型発射体開発事業 この国政課題として推進され、速度を出している。過去3年余りの航空宇宙研究院の研究成果と今後の 国際協力が加われば、今後の7年は決して短くない期間である。2017年の試験軌道船送信の計画が立てたが、この試験船発射は2020年の月探査の成功のバロメーターになることがある。2020年には大韓民国宇宙も戦士で新たなマイルストーンになるだろう。
これまでそうしてきたことのように、宇宙開発関連当事者が一生懸命努力すれば十分達成することができる。月探査の成功を通じて全世界に私たち発射体の信頼性を告げると、衛星の商業打ち上げと宇宙旅行、軌道活用などを のための巨大なロケット市場が開かれるようになるだろう。スペースXのように発射価格競争力まで備えることができたら宇宙産業が我が国の「親孝行産業」と位置づけている日が来ると確信している。
他の国でもロケットを開発しているが、意味のあるサイズ の物体を宇宙軌道に上げることができるレベルではない。これらの国で現在使用しているロケット中にはずっと前に設計されたか、米国のロッキード・マーティン社のATLAS-5や軌道サイエンス 社の最新アンタレスのように、旧ソ連時代に作られた古いエンジン在庫を使用しているところも多い。
アリアンとH-IIシリーズロケットは比較的最新の高度な仕様のロケットだが、液体水素エンジン の低推力を補強しようと高価な固体ブースターを使用しており、一種の二つの高価なロケット を使用する局面で価格が侮れない。 またこれらの国の関連会社は、一種のカルテルを形成して需要の保証を受け、大きな損害を見ずに今まで何とか耐えてきた。米国のアトラスとデルタロケットは米国内の国防需要に特化して1基当たり平均2億ドルを超える発射費を浴びている。ヨーロッパのアリアンロケットも各国の発射需要と強力なマーケティング能力に商用打ち上げシェア1位を守ってきた。
しかし、スペース X社がこの
ファルコン9ロケットを開発しながら、事情が変わった。第三世界諸国の発射需要がスペースXに集まる始めたのだ。 スペースX社の
イーロン･マスクは、1年前、英国のBBC放送に出演してアリアン5には未来がないと 断言している。最近では、米議会に出頭してアトラスとデルタを発射するボーイングとロッキード・ マーティンの合弁会社である「ULA（United Launch Alliance）」社の高コスト発射形態を批判した だ。米国防総省がULAと衛星36基打ち上げ契約を締結し、米国国民が116億ドルの 税負担をより抱かれたものである。マスクは、その手頃な価格のロケットを武器に、世界 ロケット市場の支配権を変えるという野心を隠さずにいる。既存の企業は生存のために発射 コストを下げたり、強力なロビーに対応しているが手に負えなく見える。結局発射費用は 大幅低くなり、これに対応していない発射体の会社は落伍される手順を踏むことになるのだ。
（翻訳：みそっち）
っとまあ、韓国の工学部の教授様というのは市場原理の経済論あたりがご専門のようですね（笑）
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