BE-4

BE-4（ブルーエンジン4）
2018年4月にコロラドスプリングスで開催された第34回宇宙シンポジウムで、最初のホットファイアテストを受けたBE-4（シリアルナンバー103）のエンジンの液体メタン入口側が映っている。
原産国アメリカ合衆国
初飛行2024年1月8日 （2024年1月8日）
デザイナーブルーオリジン
メーカーブルーオリジン
関連LVバルカン・ケンタウロス・ニュー・グレン
状態生産中
液体燃料エンジン
推進剤LOX / CH 4
サイクル酸素豊富な段階燃焼
パフォーマンス
推力、海面
  • オリジナル: 2,460 kN (550,000 lb f )
  • 改良型：2,847 kN（640,000 lb f）[ 1 ]
スロットル範囲40～100%
チャンバー圧力140バール（14,000 kPa）
比推力340秒（3.3 km/s）[ 2 ]
燃焼時間
ジンバル範囲±5°

BE -4（ブルーエンジン4）[ 6 ]は、ブルーオリジン社が開発した液体ロケットエンジンです。液化メタン燃料を使用し、酸素過剰段燃焼サイクルで動作します。[ 7 ] BE-4は海面で2,400 kN（550,000 lbf）の推力を発揮します。[ 8 ]

BE-4の開発は民間投資と公共契約の組み合わせによって資金提供された。[ 9 ]

このエンジンは当初、ブルーオリジンの独自の打ち上げロケットであるニューグレンでの使用のみを目的としていましたが、2014年にはユナイテッド・ローンチ・アライアンス（ULA）のヴァルカン・セントールロケットにも採用され、アトラスVとデルタIVに代わるエンジンとなりました。[ 10 ] ULAは2018年9月にBE-4を最終決定しました。[ 11 ]

BE-4は2024年1月8日にバルカン・セントールロケットで初飛行を行い、その後2025年1月16日にニューグレンで初打ち上げられました。

歴史

2012年にエアロジェットがプラット・アンド・ホイットニー・ロケットダインを買収した後、ブルー・オリジンの社長ロブ・マイヤーソンは防衛産業基盤の空白を埋める機会を見出しました。[ 12 ]ブルー・オリジンはULAをはじめとする企業と提携し、BE-4の開発に着手することで、液体ロケットエンジン事業への参入を公表しました。マイヤーソンは2017年6月、ブルー・オリジンのロケットエンジン生産工場の所在地としてアラバマ州ハンツビルを選定したことを発表しました。[ 13 ]

ブルーオリジンは2011年にBE-4の開発を開始したが[ 14 ] 、公表は2014年9月に行われた。[ 15 ]これは、液体酸素とメタン燃料を燃焼させる同社の最初のエンジンであった。

2014年9月、ULAはヴァルカンロケットの主エンジンとしてBE-4を選定した。ヴァルカンはアトラスVの後継機であり、BE-4はロシア製RD-180エンジンに代わるものである。[ 16 ]ブルーオリジンは「BE-4は2017年までに飛行可能になる」と述べた。[ 9 ]ブルーオリジンは、このエンジンをULA以外の企業にも提供する意向を示している。[ 17 ]

2015年4月までに、2つの開発プログラムが並行して進行していました。1つは、BE-4パワーパック（インジェクターと燃焼室に適切な燃料と酸化剤の混合物を供給するバルブとターボポンプのセット）のフルスケール版のテストでした。もう1つは、エンジンのインジェクターのサブスケール版のテストでした。[ 18 ]同社は2016年後半にフルスケールエンジンのテストを開始し、2017年に開発を完了する予定でした。[ 18 ]

2015年9月までに、ブルーオリジンはBE-4の複数の要素、例えばプリバーナーや「複数の実物大インジェクター要素を用いた再生冷却式推力室」などについて、100回以上の開発試験を完了した。これらの試験は、「インジェクターの性能、熱伝達、燃焼安定性」に関する理論モデルの予測を確認するために行われ、収集されたデータはエンジン設計の改良に役立てられた。[ 19 ] 2015年、パワーパック試験中に試験装置が試験スタンドで爆発した。ブルーオリジンはその後、BE-4の全推力を試験できる、より大規模で冗長性のある試験スタンドを2基建設した。[ 20 ]

2016年1月、ブルーオリジンは、2016年末までに地上試験場でBE-4のエンジンの試験を開始する予定であると発表した。[ 21 ] 2016年3月の工場見学の後、ジャーナリストのエリック・バーガーは「ブルーオリジンの工場の大部分がブルーエンジン4の開発に割り当てられている」と指摘した。[ 10 ]

当初、このエンジンは第一段と第二段の両方のバージョンが計画されていました。ニュー・グレン計画の初期設計では、第二段は第一段と同じ段径を持ち、真空に最適化されたBE-4エンジン（BE-4U）を1基使用する予定でした。[ 22 ]その後、この計画は撤回されました。

最初のエンジンは2017年3月に完全に組み立てられました。[ 23 ]また3月に、ULAはブルーオリジンのエンジン選択オプションの経済的リスクは解消されたが、プロジェクトの技術的リスクはエンジンの点火テストが完了するまで残ると示唆しました。[ 24 ] 2017年6月、ブルーオリジンはBE-4を製造するためにアラバマ州ハンツビルに新しい施設を建設すると発表した。[ 13 ]

BE-4は、2017年10月に3秒間50%の推力で最初の試験発射が行われ、[ 25 ] 2018年3月までに114秒間65%にまで上昇し、[ 26 ] 2019年2月までに73%に、[ 27 ] 2019年8月までに100%にまで上昇しました。[ 28 ]テストとサポートは、ブルーオリジンが施設と改良に2億ドル以上を投資したフロリダ州のエクスプロレーションパーク にある同社の軌道打ち上げ施設で行われました。[ 29 ]

ブルーオリジンBE-4ロケットエンジンのパワーヘッドと燃焼室、2018年4月撮影。メタン入口側面図。これはホットファイア試験を受けた最初のBE-4エンジンであり、試験は2017年10月18日に実施された。

2018年10月、ブルーオリジンの社長ボブ・スミスは、ニューグレンの最初の打ち上げが2021年に延期され、[ 30 ] 2021年に続いて2022年後半にさらに延期されたことを発表しました。 [ 31 ]その後、BE-4の最初の飛行試験は、ニューグレンではなく、最初のバルカンケンロケットの打ち上げに向けられました。

2020年7月、最初のパスファインダーBE-4がULAに納入され、バルカン・ケンタウロスとの統合試験が行われた。[ 32 ] [ 33 ]

2020年8月、ULAのCEOであるトリー・ブルーノ氏は、2号機の試験用BE-4が間もなく納入され、その後すぐに飛行資格を有する機体が納入されると述べた。[ 34 ]彼はBE-4のターボポンプに問題が継続していることを指摘した。当時、ブルーオリジンは7万5000馬力のポンプのトラブルシューティングを行っていた。[ 35 ]この問題は2022年まで続いた。[ 9 ]

2022年10月31日、ブルーオリジンは最初の2基のBE-4エンジンをヴァルカンロケットに搭載すると発表した。[ 36 ]

2023年5月11日、ブルーノはBE-4の適格性試験が「数週間前」、すなわち2023年4月末までに完了したと述べた。[ 37 ]

2023年6月30日、BE-4エンジンは試験開始10秒後に爆発し、試験台に損傷を与えた。[ 38 ]

2024年1月8日、ULAはBE-4ロケットを搭載したバルカン・ケンタウロスの打ち上げに成功した。

2024年時点ではBE-4の生産ラインは2つあり、1つはULAに供給し、もう1つはニューグレンに供給していた。[ 39 ]

2025年11月、ブルーオリジンはBE-4の性能がさらに向上したと発表し、最大推力が2,847 kN（640,000 lb f）に増加したと述べた。[ 1 ]

アプリケーション

バルカンケンタウロス

ヴァルカンは、第一段ごとに2,400 kN（550,000 lbf）のBE-4エンジンを2基搭載している。[ 40 ] [ 41 ] [ 15 ]

BE-4は、アトラスV RD-180の後継機プログラムにおいてAR1エンジンと競合し、勝利を収めました。AR1はRD-180と同様に灯油燃料です。[ 42 ]

2016年2月、アメリカ空軍はULAのバルカンロケットにブルーオリジンBE-4エンジンを搭載するための支援として、ULAに最大2億200万ドルの部分開発資金を提供する契約を締結した。[ 43 ] [ 44 ]

エアロジェット・ロケットダイン（AR）とのAR1エンジン開発促進のための当初の米空軍との契約額は5億3600万ドルであったが[ 43 ]、2018年6月までに米空軍は拠出額（総費用の6分の5）を2億9400万ドルに削減した。ARRは2018年初頭以降、追加の民間資金を投入していない[ 45 ]。

ヴァルカンは2024年1月8日に打ち上げられた。エンジンは完璧に機能し、ペレグリン・ミッション1を月周回軌道投入へと推し進めた。ヴァルカンはメタン燃料ロケットとして初めて初挑戦で軌道に到達したロケットであり、米国から初めて軌道に到達したロケットでもある。[ 46 ]

ニューグレン

BE-4は、ブルーオリジンのニューグレンに搭載されている。ニューグレンとは、直径7.0メートル（23フィート）の2段式軌道打ち上げ機で、オプションで第3段を搭載できる。第1段は7基のBE-4エンジンで駆動され、再利用可能で垂直着陸する。第2段も同じ直径で、2基のBE-3真空最適化液化水素/液体酸素エンジンを搭載する。[ 47 ]第2段は使い捨てである。[ 22 ]

ニュー・グレン号は2025年1月16日に打ち上げられ、上昇飛行では7基のエンジンすべてが順調に動作したが、着陸の試みでは第1段ブースターが大気圏再突入の途中で故障した。

XS-1

ボーイング社は2014年にDARPAのXS-1再使用型宇宙機の設計・製造契約を獲得した。XS -1は地球の大気圏の端で極超音速まで加速し、ペイロードを軌道に乗せることを目的としていた。 [ 48 ] 2015年には、改良型BE-4が主な推進力源になると考えられていた。[ 49 ] 2017年5月、契約では代わりにRS-25から派生したエアロジェット・ロケットダインAR-22エンジンが選定された。[ 50 ] XS-1は2020年にキャンセルされた。[ 51 ] [ 52 ]

軌道攻撃

2016年3月時点では、オービタルATKは自社の打ち上げロケット用にブルーオリジンのエンジンを評価していたが、最終的には別の方向に進んだ。[ 10 ]

技術仕様

BE-4は、酸素を豊富に含むプレバーナー1つと、燃料ポンプと酸素ポンプの両方を駆動するタービン1つを備えた段階燃焼サイクルエンジンです。 [ 53 ]このサイクルは現在灯油を燃料とするRD-180に似ていますが、燃焼室とノズルは1つしか使用していません。

BE-4は長寿命と高い信頼性を実現するように設計されており、その狙いの一つは、エンジンを「高性能アーキテクチャの中性能版」とすることです。[ 10 ]ターボポンプには、信頼性と耐用年数を向上させるため、一般的なボールベアリングやローラーベアリングではなく、油圧ベアリングが使用されています。[ 54 ]

メタンを使用することで、ガス化した推進剤を用いて液体推進剤を加圧する自己加圧が可能になります。これは、ヘリウムなどの加圧ガスの貯蔵を必要とする加圧システムが不要になるという利点があります。

  • 推力（海面）： 最大出力時2,400 kN（550,000  lbf ） [ 54 ] [ 15 ]
  • チャンバー圧力：14 MPa（2,000 psi）で、RD-180の26 MPa（3,700 psi）やラプター3の35 MPa（5,100 psi）よりも大幅に低い[ 10 ] [ 55 ]
  • 再利用性を考慮した設計 - 最大100回の飛行が可能[ 10 ] [ 54 ] [ 56 ] [ 57 ]
  • タービンのヘッド圧力始動により飛行中に再点火可能[ 20 ]
  • 少なくとも40％の出力までディープスロットリング能力をテストした[ 58 ]

参照

参考文献

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