RD-180

RD-180
マーシャル宇宙飛行センターでのRD-180の試験発射
原産国ロシア
初飛行2000年5月24日 （2000年5月24日）
設計者NPO法人エネルゴマッシュ
メーカーNPO法人エネルゴマッシュ
用途ブースター
先行機種RD-170
状態稼働中
液体燃料エンジン
推進剤LOX / RP-1
混合比2.72 (73% O2、27% RP-1)
サイクル段階燃焼
構成
燃焼室2
ノズル比36.87
性能
推力、真空4,150 kN (930,000 lb f )
海面推力3,830 kN (860,000 lb f )
スロットル範囲47～100%
推力重量比78.44
燃焼室圧力26.7 MPa (3,870 psi)
比推力、真空338秒 (3.31 km/s)
比推力、海面311秒 (3.05 km/s)
質量流量1,250 kg/s (165,000 lb/min)
燃焼時間270秒
寸法
長さ3.56メートル（11.7フィート）
直径3.15メートル (10.3フィート)
乾燥質量5,480kg (12,080ポンド)
RD-180の模型

RD -180（ロシア語：Ракетный Двигатель-180 (РД-180)、ローマ字表記：  Raketnyy Dvigatel-180、直訳すると「ロケットエンジン-180 」）は、ロシアで設計・製造されたロケットエンジンである。二重燃焼室、二重ノズル設計を特徴とし、 RP-1 / LOX混合燃料を使用する。RD-180は、ソ連のエネルギア打ち上げロケットに使用されていたRD-170ロケットエンジンシリーズから派生したものである。このエンジンは、米国のアトラスIIIおよびアトラスV打ち上げロケットで使用するために開発され、2000年に初飛行した。他のロケットには使用されなかった。このエンジンは、アトラスIIIの6回の飛行すべてとアトラスVの99回の飛行に成功しており、2016年3月の1回の重大でない故障のみが発生した。

アトラスVは、ロシア製エンジンへの依存による国家安全保障上の懸念から段階的に廃止されている。[ 1 ]これは、ロシアによるクリミア併合後に懸念となった。2021年、アトラスの製造元であるユナイテッド・ローンチ・アライアンスは、アトラスVを退役させ、残りのロケット用のRD-180エンジンの納入をすでに受けたと発表した。[ 2 ] 2024年6月時点で、16回の打ち上げが残っている。2022年には、ロシアによるウクライナ侵攻後に課された貿易制裁の結果、ロシアからの供給とメンテナンスが中止された。

設計と仕様

RD-180エンジンの概略図
  •   ヘリウム
  •   低圧液体酸素
  •   低圧液体燃料
  •   高圧液体燃料
  •   高圧酸素ガスおよび予燃焼燃焼生成物
EHA
電気油圧アクチュエータ
MR制御EHA
混合比制御EHA
PB燃料バルブ
プレバーナー燃料バルブ

RD-180の燃焼室は、前身の4室式RD-170と同様に、単一のターボポンプユニットを共有しています。RD-180はRP-1 / LOX混合気を燃料とし、非常に効率的な高圧段燃焼サイクルを採用しています。このエンジンは酸化剤対燃料比2.72で動作し、一般的な燃料リッチの米国設計とは異なり、酸素リッチのプレバーナーを採用しています

サイクルの熱力学特性上、酸素を豊富に含むプリバーナーはより高いパワーウェイトレシオを実現しますが、高圧・高温の酸素ガスをエンジン全体に輸送する必要があるという欠点があります。この酸素と接触する表面がむき出しの金属であれば、腐食が急速に進行します。RD-180は、高温の酸素と接触するすべての金属表面に不活性エナメルコーティングを施すことで、この問題を解決しています。[ 3 ]

エンジンノズルの動きは4つの油圧アクチュエータによって制御されます。エンジンは公称推力の47%から100%まで絞り込むことができます。[ 4 ]

歴史

RD-180ロケットエンジンのルーツは、ソビエト連邦のエネルギアロケットにまで遡ります。4室エンジンであるRD-170は、このロケットのストラップオンブースターに使用するために開発され、最終的にはブラン軌道船の打ち上げに使用されました。このエンジンは、RD-170の燃焼装置と半分のサイズのターボ機械を組み合わせることで、2室バージョンに縮小されました。試験台での良好な性能と米国政府とロシア政府間の高レベルの合意の後、エンジンは米国に輸入され、 2000年から2005年にかけて飛行したロッキード・マーティン・アトラスIIIに使用されました。このエンジンは、2002年からアトラスIIIの後継機であるユナイテッド・ローンチ・アライアンスのアトラスVに使用されています。 [ 5 ]

このエンジンは、約10年前に 別の局（クズネツォフ）によって開発されたNK-33と類似した設計特徴を備えています。

2014～2015年の可用性に関する懸念

RD-180のサプライチェーンの信頼性に対する疑問は、 2014年3月のロシアによるウクライナへの軍事介入後に生じた。2000年にアトラスIIIロケットに初めてこのエンジンが使用されて以来13年以上、冷戦以来の米ロ関係の不安定な記録にもかかわらず、エンジン供給に深刻な危険はなかった。しかし、2014年3月以降、西側諸国とロシアの関係が悪化したことにより、米国の裁判所による一時的な司法差し止め命令など、いくつかの自主的な阻止が行われたが、米国の制裁の範囲にロシア製エンジンの輸入が含まれているかどうかは不明であった。[ 6 ]

2014年5月13日、ロシアのドミトリー・ロゴジン副首相は、「ロシアは米国によるロシア製ロケットエンジンの軍事打ち上げへの使用を禁止する」と発表した[ 7 ]。ULAアトラスVロケットは、第一段にRD-180エンジン1基を搭載しており、このエンジンは毎回の打ち上げで使い果たされる。[ 8 ]これに対し、米空軍はエアロスペース・コーポレーションに対し、アトラス5ブースターにRD-180以外のエンジンを搭載する代替案を検討するよう要請した。2014年の初期の見積もりでは、アトラスVのRD-180エンジンの交換には5年以上かかるとされていた[ 9 ]。

ロシア政府がULAへのRD-180エンジンの輸入を停止できたとしても、空軍の支持も高まり、米国議会は、主にロシア政府のライセンスが必要となることから、RD-180の米国生産ラインの構築は有利ではないとの見解に至った。しかし、2014年に米国議会は、2022年までに新型エンジンを配備するための新たな米国ロケットエンジン計画を提唱した。[ 10 ]

2014年6月、エアロジェット・ロケットダインは連邦政府に対し、「全く新しい米国製ロケット推進システム」、すなわち推力2,200キロニュートン級（50万lbf）のケロシン/ LOX AR1ロケットエンジンへの資金提供を提案した。2014年6月時点で、エアロジェットの予測では、エンジン1基あたりのコストは2,500万ドル以下（米国政府が負担する最大10億ドルの開発費は含まれない）とされていた。エアロジェットは、AR-1が米国の発展型使い捨てロケット（ELV）群におけるRD-180の代替となり、より手頃な価格になると考えていた。[ 11 ]

2014年8月21日、米空軍はRD-180の代替機に関する公式情報提供依頼書（RFI）を公表した。このRFIは、「現在および将来の国家安全保障宇宙（NSS）打ち上げ要件を満たす、費用対効果が高く商業的に実現可能なソリューションを提供できるブースター推進システムおよび／または打ち上げシステムの材料オプション」に関する情報を求めている。空軍宇宙軍（AFSPC）は、進化型使い捨て打ち上げ機（EELV）クラスの宇宙輸送用途向けブースター推進システムおよび／または打ち上げシステムの商業開発を促進するための調達戦略を検討している。前日、ユナイテッド・ローンチ・アライアンスは、ロシアによるクリミア併合後初めてとなるRD-180を2機受領した。RD-180の代替機がいつ、あるいは実際に代替機が投入されるのかは不明であったが、RFIでは、ロシア製エンジンとの類似性、新しい構成の有無、EELVミッション用の「代替打ち上げ機」の使用など、複数のオプションが求められていた。[ 12 ]

2014年、RD-アムロスはRD-180をULAに1機あたり2,340万ドルで売却した。[ 13 ]

2015年1月、オービタル・サイエンシズ社は、NPO法人エネルゴマッシュから60基のエンジンを納入するための必要な許可を政府機関から取得した。[ 14 ]

2015年12月24日、ユナイテッド・ローンチ・アライアンスは、クリミアをめぐってロシアに米国が制裁を課す前に同社が発注していた29基のエンジンに加え、アトラスVロケットで使用するRD-180エンジンをさらに発注したことを発表した。これは米国議会が米国のロケット用ロシア製エンジンの禁止を解除したわずか数日後のことだった。

RD-180の米国生産計画

RD-180を米国で製造する計画はいくつかあったが、いずれも実現しなかった。

RD AMROSSに基づき、プラット・アンド・ホイットニーはRD-180を米国で製造するライセンスを取得しています。2005年のGAOによる主要兵器プログラム評価によると、プラット・アンド・ホイットニーは2008年に米国でRD-180の製造を開始し、2012年までに最初の軍事発射を行う計画でしたが[ 15 ] 、これは実現しませんでした。

ユナイテッド・ローンチ・アライアンス（ULA）は2015年2月、アラバマ州ディケーターのロケット段階製造施設でロシア製RD-180エンジンの米国生産を検討していると発表した。米国製エンジンは、NASA（米国航空宇宙局）の民間および商業打ち上げにのみ使用され、米軍の打ち上げには使用されない。このプロジェクトは、ULAがブルーオリジンと共同でBE -4ロケット用の新型エンジン開発を進めている作業のバックアッププランであった。[ 16 ] 国防総省は2014年、RD-180エンジンの米国国内生産を開始するには約10億ドルと5年かかると見積もった。[ 17 ]

全体として、エネルゴマッシュは20年以上にわたり、2021年4月14日までに122基のRD-180ロケットエンジンを米国に納入しました。[ 18 ]

2021年8月26日のインタビューで、ULAのCEOであるトリー・ブルーノ氏は、今後のミッションに向けてアトラスVロケットに3基か4基のRD-180が搭載されており、残りは倉庫に保管されていると述べた。「RD-180は早期に納入したと言えるでしょう。これにより、ロシアとの関係を終わらせ、依存から脱却することができます。議会の要請に応えてのことです」とブルーノ氏は述べた。エネルゴマッシュ社製のRD-180エンジン122基は、ロシアの宇宙計画に数十億ドルの収益をもたらした。[ 19 ]

RD-180の交換オプション

アトラスVのRD-180を置き換えるいくつかの選択肢が検討されたが、ULAは最終的にロケットをバルカン・ケンタウロスに置き換えることを決定した。

2010年2月、RD-180を米国で製造するために必要な書類と法的権利が既に取得済みであったにもかかわらず、NASAは「ロシア製エンジンの性能とほぼ同等かそれ以上の高推力を発生できる」国産コアステージエンジンの開発を検討していた。NASAは、米国国防総省との協力関係次第で、2020年かそれより早く、完全に運用可能なエンジンを製造したいと考えていた。[ 20 ]

地政学的および米国の政治的配慮の結果、ユナイテッド・ローンチ・アライアンスは、ULAアトラスVの第一段ブースターに使用されているロシア製RD-180エンジンの代替エンジンの可能性を検討した。正式な調査契約は2014年6月に米国のロケットエンジンサプライヤー数社に発行された。[ 1 ]

2014年9月、ULAはブルーオリジンと提携し、アトラスVの後継となる新型第一段ブースターのRD-180エンジンに代わるBE-4 LOX /メタンエンジンの開発を行うと発表した。当時、ブルーオリジンはこのエンジンの開発3年目に突入しており、ULAは新型第一段ブースターの飛行開始は早くても2019年になると予想していた。新型ロケットブースターには、推力2,400キロニュートン（550,000lbf  ）のBE-4エンジンが2基搭載される予定だった。[ 1 ]

ダイネティクスとエアロジェット・ロケットダイン（AJR）も、RD-180の代替としてエアロジェット・ロケットダインAR1炭化水素燃料ロケットエンジンを提案した。 [ 21 ] [ 22 ] ULAのCEOトリー・ブルーノは2015年初頭、AR-1オプションとULAによるRD-180の米国でのライセンス製造は、ULAがブルーオリジンBE-4エンジンで追求していた主要なオプションのバックアップオプションであると述べた。[ 16 ] 2016年3月までに、米空軍はAJRおよびブルーオリジンと両エンジンの開発資金を提供する開発契約を締結した。[ 23 ]

新しいエンジンを搭載したヴァルカンの最初の飛行は2024年1月に行われました。 [ 24 ]

2020年5月25日（RD-180によるアトラスLVの初打ち上げから20年）時点で、これまでの90回の打ち上げはすべて成功している。

用途

1990年代初頭、ジェネラル・ダイナミクスのスペースシステム部門（後にロッキード・マーティンに買収）は、発展型使い捨て打ち上げ機（EELV）およびアトラス計画におけるRD-180の使用権を取得しました。これらのプログラムは、米国政府の打ち上げと商業打ち上げの両方を支援するために考案されたため、RD-180はプラット・アンド・ホイットニーとの共同生産も予定されていました。しかし、すべての生産はロシアで行われました。このエンジンは、ロシアのエンジン開発・製造会社であるNPOエネルゴマッシュとプラット・アンド・ホイットニーの合弁会社であるRDアムロスによって 販売されました

RD-180は、アトラスIIA-Rロケットに初めて搭載されました。これは、アトラスIIAロケットの主エンジンをロシア製（Rの由来）のエンジンに置き換えたものです。このロケットは後にアトラスIIIと改名されました。その後、アトラスVロケットのモジュール式共通コアブースター主段への搭載を認証するための追加開発プログラムが実施されました。

将来的な用途

RD-180は、ロスコスモスの請負業者によって提案されたロシアの新しい宇宙打ち上げロケットRus-Mファミリーで使用されることが提案されましたが[ 25 ]、[ 26 ] [ 27 ]、このプログラムは2011年10月にロシア宇宙庁によってキャンセルされました。[ 28 ]

2010年3月、アメリカ航空宇宙工学会（ AIAAS）および大学宇宙研究協会（USSR）のコンサルタントであり、プリンストン大学元航空宇宙工学教授のジェリー・グレイ氏は、RD-180を将来のNASA大型ロケットとして採用することを提案した。ロシアへの過度の依存を懸念する人々に対し、グレイ氏はRDアムロス社が「RD-180の米国製版の製造に非常に近づいており、NASAからの資金注入があれば、数年以内にそのエンジン（さらにはRD-170に相当する1,700,000lbf、推力7.6MNのエンジン）を製造できる可能性がある」と指摘した。[ 29 ]

2022年 ロシアによるウクライナ侵攻

2022年2月24日、ロシアはウクライナへの大規模な軍事侵攻を開始した。6日後の2022年3月2日、ロシアは侵攻を継続する中、ウクライナ攻撃に対する米国の対ロシア制裁への報復として、RD-180エンジンの米国への販売とサポートの全面停止を発表した。[ 30 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b c Ferster, Warren (2014年9月17日). 「ULA、RD-180の後継機としてブルーオリジンエンジンに投資へ」 SpaceNews. 2014年9月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年9月19日閲覧
  2. ^ルーレット、ジョーイ (2021年8月26日). 「ULAが中心ロケットであるアトラスVの販売を停止、同ロケットの退役への道筋を設定」 The Verge . 2021年9月1日閲覧。
  3. ^再利用可能ブースターシステム：レビューと評価国立学術出版局 2013年1月 29ページISBN 978-0-309-26656-7. 2024年7月23日閲覧。
  4. ^アトラスV打ち上げサービスユーザーズガイド(PDF) (改訂第11版). コロラド州センテニアル: ユナイテッド・ローンチ・アライアンス. 2010年3月. pp. A8-9. 2020年12月14日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) . 2020年12月6日閲覧。
  5. ^ The Engines That Came In From The Cold!チャンネル・フォー・テレビジョン・コーポレーション、2000年。 2014年5月19日閲覧。
  6. ^ Foust, Jeff (2014年5月12日). 「RD-180の置き換え」 . The Space Review . 2014年5月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年5月13日閲覧。
  7. ^ 「ロシア、ウクライナに対する米国の制裁に反応」 ITVニュース、2014年5月13日。2014年5月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年5月13日閲覧。
  8. ^ Gopal Ratnam、Henry Meyer (2014年5月13日). 「ロシア、米軍へのロケットエンジン販売を禁止」 . Bloomberg . 2014年11月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年12月28日閲覧。
  9. ^ de Selding, Peter B. (2014年5月19日). 「RD-180の交換に必要な時間の見積もりは大きく異なる」 . Space News . 2014年5月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年5月16日閲覧。
  10. ^ 「米国の新型ロケットエンジンへの支持が拡大」 Aviation Week誌、2014年5月26日。2014年5月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年5月27日閲覧。
  11. ^ Butler, Amy (2014年6月3日). 「エアロジェット・ロケットダイン、AR-1エンジン1組当たり2,500万ドルを目標」 . Aviation Week. 2014年7月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年6月16日閲覧。エアロジェット・ロケットダインは、新型AR-1エンジン1組当たり2,000万ドルから2,500万ドルを目標としており、米国製の新型ロケット推進システムへの資金提供を政府に働きかけ続けている。… 50万ポンド推力の新型液体酸素/ケロシン推進システムの開発には、契約締結から約4年かかり、約8億ドルから10億ドルの費用がかかる見込みだ。このエンジンは、ユナイテッド・ローンチ・アライアンス（ULA）のアトラスVロケットとオービタル・ローンチ・アライアンスのアンタレスロケットへの搭載が検討されている。 …「AR-1はRD-180と同等、あるいはそれ以上の性能を持つと考えています。また、より手頃な価格になると考えています。」
  12. ^ 「空軍、ロシア製モデルに代わる新型ロケットエンジンのRFIを発行」エアフォース・タイムズ、2014年8月21日。 2023年2月11日閲覧。
  13. ^ロイターペンタゴンとロシアの取引でフロリダの小さな会社が巨額の利益2014年11月Archived 22 February 2019 at the Wayback Machine .
  14. ^ 「米国、10億ドル相当のロシア製ロケットエンジン60基を購入へ — 企業」itar-tass.com。2015年1月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年4月10日閲覧。
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  16. ^ a b Fleischauer, Eric (2015年2月7日). 「ULAのCEOがDecaturの課題とエンジン工場計画について語る」 Decatur Daily . 2017年6月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年2月9日閲覧。
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  18. ^ 「ロシア、既存の契約に基づき最後のRD-180ロケットエンジンを米国に引き渡す」。2021年7月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。2021年9月4日閲覧。
  19. ^ Roulette, Joey (2021年8月26日). 「ULAが中心ロケット「アトラスV」の販売を停止、ロケットの退役に道筋をつける」 The Verge . 2021年9月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年9月4日閲覧。
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  22. ^ 「Spaceflight Now – Breaking News – Aerojet Rocketdyne says AR1 engine is best fit for Atlas 5」 spaceflightnow.com . 2015年9月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年4月10日閲覧。
  23. ^クラーク、スティーブン. 「ULAのRD-180エンジン代替候補が空軍の資金を獲得 – Spaceflight Now」 . 2021年8月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年10月5日閲覧。
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  25. ^ 「ロスコスモス、新型宇宙ロケット複合施設Rus-Mを設計 — 安全百科事典」survincity.com . 2020年11月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。2021年10月5日閲覧。
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  27. ^ “Rus M : RD-180” . Russianspaceweb.com. 2019年2月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年12月28日閲覧。
  28. ^ 「ロシア、ソユーズロケットの代替を中止」 Spaceflight Now、2011年10月7日。2011年11月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年10月8日閲覧。
  29. ^ “Laying a Foundation for Human Space Exploration - SpaceNews.com” . spacenews.com . 2010年3月29日. 2021年10月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年4月10日閲覧。
  30. ^ 「ロシアは米国へのロケットエンジンの販売を停止しており、ロシアの宇宙責任者は『ほうきで飛ばせばいい』と述べた」. MSN . 2022年3月4日閲覧。
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