ケンタウロス(ロケット段階)
アトラスVロケットとの結合に向けて持ち上げられている単発エンジンのセントーIII | |
| メーカー | ユナイテッド・ローンチ・アライアンス |
|---|---|
| 使用対象 |
|
| 関連するステージ | |
| デリバティブ | 高度極低温進化型段階(キャンセル、飛行せず) |
| 発売履歴 | |
| 状態 | アクティブ |
| 総打ち上げ数 | 2024年10月現在273人[ 1 ] |
| 成功(ステージのみ) | 254 |
| 失敗した | 15 |
| 下段が故障 | 4 |
| 初飛行 | 1962年5月9日 |
| ケンタウロスIII | |
| 身長 | 12.68メートル(499インチ)[ 2 ] |
| 直径 | 3.05メートル(120インチ) |
| 空の塊 | 2,247 kg (4,954 lb)、単発エンジン2,462 kg (5,428 lb)、双発エンジン |
| 推進剤質量 | 20,830 kg (45,920 ポンド) |
| 搭載 | 1 × RL10A、2 × RL10A、または1 × RL10C |
| 最大推力 | 99.2 kN(22,300 lbf)、エンジンあたり |
| 比推力 | 450.5秒(4.418 km/s) |
| 燃焼時間 | 904秒 |
| 推進剤 | LOX / LH 2 |
| ケンタウロスV | |
| 身長 |
|
| 直径 | 5.4メートル(17.7フィート) |
| 空の塊 | CV-HE:7,100 kg(15,700ポンド)[ 4 ] |
| 総質量 | CV-HE:53,600 kg(118,200ポンド)[ 4 ] |
| 搭載 | |
| 最大推力 |
|
| 比推力 |
|
| 燃焼時間 | CV-HE:1,077秒[ 8 ] |
| 推進剤 | LOX / LH 2 |
セントールは、1962年から使用されているロケット推進の上段ロケットのシリーズです。現在はユナイテッド・ローンチ・アライアンス(ULA)によって2つの主なバージョンが製造されています。直径3.05メートル(10フィート)のセントールIII(コモンセントールとも呼ばれる)は、退役するアトラスVロケットの2段目として使用され、直径5.4メートル(17.7フィート)のセントールVは、バルカンセントールロケットの2段目として使用されます。[ 9 ] [ 10 ]セントールは、ハイドロロックス推進剤(液体水素(LH2 )と液体酸素(LOX))を使用した最初のロケット段でした。高エネルギーの組み合わせで上段に適していますが、両方の推進剤を極低温で保管する必要があるため取り扱いが困難でした。[ 11 ]
特徴
Centaurステージは、厚さ0.51 mm(0.020インチ)の壁を持つステンレス鋼製の圧力安定化バルーン推進剤タンク[ 12 ]を中心に構築されています。最大19,000 kg(42,000ポンド)のペイロードを持ち上げることができます。[ 13 ]薄いタンク壁は質量を最小限に抑え、ステージ全体の性能を最大限に高めます。[ 14 ]
液体酸素タンクと液体水素タンクは共通の隔壁で仕切られており、これにより重量がさらに軽減されます。隔壁は2枚のステンレス鋼板で構成され、ガラス繊維製のハニカム構造で区切られています。これにより、極低温の液体水素と比較的高温の液体酸素タンク間の熱伝達が抑制されます。 [ 15 ] : 19
主推進システムは、エアロジェット・ロケットダイン社製のRL10エンジン1基または2基で構成されています。[ 12 ]この段は、推進剤供給、軌道寿命、およびミッション要件によって制約される複数回の再起動が可能です。推進剤タンクの断熱材と組み合わせることで、セントーは複雑な軌道投入において、数時間にわたる惰力段階と複数回のエンジン燃焼を実行できます。[ 13 ]
このステージには反応制御システム (RCS) が装備されており、アレージも提供されます。
セントールIIIのRCSシステムは、2基の2スラスタポッドと4基の4スラスタポッドに配置された20個のヒドラジン一液性推進剤スラスタで構成されています。約150kg(340ポンド)のヒドラジンが2つのブラダータンクに貯蔵され、加圧ヘリウムによってスラスタに供給されます。このヘリウムは主エンジンの一部機能もサポートしています。[ 16 ]
セントールVの一部のステージでは、ヒドラジンシステムがメインタンクからのガス推進剤によって供給されるハイドロロックススラスタに置き換えられている。[ 17 ] [ 18 ]
現在のバージョン
2025年現在、2つのセントーロス派生型が運用されている。アトラスVに搭載されたセントーロスIII [ 19 ] [ 20 ]とバルカンセントーに搭載されたセントーロスV [ 21 ]である。他の多くのセントーロス派生型はすべて退役している。[ 22 ] [ 23 ]
ケンタウロスIII/コモンケンタウロス

コモン・ケンタウルスはアトラスVロケットの上段である。[ 16 ] 以前のコモン・ケンタウルスはRL-10のRL10-A-4-2版によって推進されていた。2014年以降、コモン・ケンタウルスはコスト削減のため、デルタ・クライオジェニック第2段と共用のRL10 -C-1エンジンを搭載している。 [ 24 ] [ 25 ]デュアル・エンジン・ケンタウルス(DEC)構成では、利用可能なスペースに2基のエンジンを搭載するために、引き続き小型のRL10-A-4-2が使用される。[ 25 ]
アトラスVは複数の形態で飛行できるが、セントールとブースターおよびフェアリングの統合方法に影響を与えるのは1つだけである。直径5.4メートル(18フィート)のアトラスVペイロードフェアリングはブースターに取り付けられ、上段とペイロードを包み込み、フェアリングによる空力負荷をブースターに導く。直径4メートル(13フィート)のペイロードフェアリングを使用する場合、取り付け点はセントールの上部(前端)にあり、負荷はセントールのタンク構造を通って導かれる。[ 26 ]
最新のコモンケンタウルスは、ステージのエンジン端に取り付けられた後部隔壁キャリアを使用して二次ペイロードを搭載することができます。[ 27 ]
シングルエンジンケンタウロス(SEC)
ほとんどのペイロードは、 RL10エンジン1基を搭載したシングルエンジン・セントール(SEC)で打ち上げられます。これは、アトラスV(命名システムの最後の数字で示されます。例:アトラスV 421)の通常飛行で使用されるすべてのバリエーションです。
デュアルエンジンケンタウロス(DEC)
RL-10エンジン2基を搭載したデュアルエンジン型も利用可能ですが、これはCST-100スターライナー有人宇宙船の打ち上げ専用です。2基のエンジンによる高い推力により、水平速度は高く、垂直速度は低く、より穏やかな上昇が可能になり、飛行中のいかなる時点でも打ち上げ中止や弾道再突入が発生した場合でも、減速を生存可能なレベルまで低減できます。 [ 28 ]
ケンタウロスV
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セントールVは、国家安全保障宇宙打ち上げ(NSSL)プログラムの要件を満たすために2014年にユナイテッド・ローンチ・アライアンス(ULA)によって開発されたヴァルカンロケットの上段ロケットである。[ 29 ]
発達
ULAは当初、コモン・ケンタウルスの改良型であるケンタウルVを、最初の数年間の飛行後に計画されている先進極低温進化型ロケット(ACES)への移行までの暫定的な使用のみを目的としていた[30] 。[ 23 ] [ 31 ]
2017年後半、同社はACES設計の要素を加速させ、直径5.4メートル(17.7フィート)の機体と高度な断熱材を含むセントーVの開発を開始した。軌道上での寿命を数時間から数週間に延長することを目的としていた統合型機体流体システム(IVF)は省略された。[ 23 ]
セントーVはコモン・セントーよりも高い性能を発揮するように設計されており、NSSLの要件を満たし、アトラスVおよびデルタIVヘビーファミリーの計画的な退役をサポートする。この段は2018年3月に正式にヴァルカン・セントーと命名され[ 32 ] 、 [ 33 ] 、2018年5月にはULAがブルーオリジンのBE-3 ではなくエアロジェット・ロケットダイン社のRL10エンジンを選択した。セントーVは1基につきRL10エンジン2基を搭載している[ 34 ] 。
2020年9月、ULAはACESの開発を中止し、Centaur VがVulcanの上段ロケットとして残ることを確認した。[ 35 ]同社によると、Centaur Vの初期バージョンは、Common Centaurよりも耐久性が40%向上し、エネルギー出力は250%向上しているという。[ 36 ]
ヴァルカンは2024年1月8日に打ち上げに成功し、セントーVは初飛行で計画通りの性能を発揮した。[ 37 ]
ULAは2025年後半から、固定ノズル延長と推力および比推力の若干の向上を特徴とするRL10Eエンジンでステージをアップグレードし、ペイロード容量をわずかに向上させる予定です。[ 6 ] [ 38 ]
CV-L
2024年10月4日に放送されたVulcan Cert-2ミッションにおいて、ULAは「LEO最適化セントー」型(後にCV-Lと命名)を2025年に初公開予定と発表しました。[ 39 ] CV-Lは、ベースラインのセントーV(CV-HE(セントーV高エネルギー)と改称)よりも1.94メートル(6フィート4インチ)短いです。ハイドロロックスRCSを使用するCV-HEとは異なり、CV-LはよりシンプルなヒドラジンモノプロペラントRCSを使用しています。[ 17 ]
ACESの復活
2025年8月28日、トリー・ブルーノ氏がULA(米国宇宙機関)に投稿したインフォグラフィックにおいて、セントーVの派生型が「ACES」と名付けられました。これは「Advanced Centaur Endurance Stage(先進セントー耐久段)」の略称です。この改良型ACESコンセプトについては、「スマート推進」という言及以外にほとんど詳細が示されず、それ以上の説明はありませんでした。[ 17 ]ブルーノ氏は以前、将来の上段ロケットはコモンセントーよりも最大600%の耐久性向上が可能になると示唆していました。[ 36 ]
現在のエンジン
セントールエンジンは時代とともに進化を遂げ、2024年現在、3つのバージョン(RL10A-4-2、RL10C-1、RL10C-1-1)が運用されています(下表参照)。いずれのバージョンも液体水素と液体酸素を使用します。[ 40 ]
| エンジン | 上段 | 乾燥質量 | 推力 | 比推力、真空。 | 長さ | 直径 | 参照 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| RL10A-4-2 | ケンタウロスIII | 168 kg (370 ポンド) | 99.1 kN(22,300 lbf) | 451秒(4.42 km/秒) | 2.29メートル(7フィート6インチ) | 1.17メートル(3フィート10インチ) | [ 41 ] [ 42 ] |
| RL10C-1 | ケンタウロスIII(SEC) | 190 kg (420 ポンド) | 101.8 kN(22,900 lbf) | 449.7秒(4.410 km/s) | 2.12メートル(6フィート11インチ) | 1.45メートル(4フィート9インチ) | [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 42 ] |
| RL10C-1-1 | ケンタウロスV | 188 kg (414 ポンド) | 106 kN(24,000 lbf) | 453.8秒(4.450 km/s) | 2.46メートル(8フィート1インチ) | 1.57メートル(5フィート2インチ) | [ 46 ] |
| RL10E-1 | ケンタウロスV | 230 kg (510 ポンド) | 107.3 kN(24,120 lbf) | 460.9秒(4.520 km/s) | 3.312メートル(10フィート10.4インチ) | 1.872メートル(6フィート1.7インチ) |
歴史


セントールの構想は、ジェネラル・ダイナミクス社のコンベア部門が液体水素燃料の上段ロケットの研究を開始した1956年に遡ります。このプロジェクトは、コンベア、高等研究計画局(ARPA)、そしてアメリカ空軍の共同事業として1958年に開始されました。1959年、NASAがARPAの役割を引き継ぎました。セントールは当初、アトラス・セントールロケットの上段ロケットとして飛行しましたが、その先駆的な取り組みと液体水素の使用により、開発初期段階で多くの問題に直面しました。[ 48 ] 1994年、ジェネラル・ダイナミクス社は宇宙システム部門をロッキード・マーティン社に売却しました。[ 49 ]
ケンタウロスAD(アトラス)


セントールはもともとアトラスロケットファミリーで使用するために開発されました。初期の計画では「高エネルギー上段ロケット」として知られていましたが、神話上のセントールにちなんで名付けられたのは、アトラスブースターの力強さと上段ロケットの繊細さを融合させたことを表現するためでした。[ 50 ]
初期のアトラス セントールの打ち上げでは、セントール A から C までと名付けられた開発バージョンが使用されました。
1962年5月8日に行われた唯一のセントールA打ち上げは、打ち上げ54秒後に爆発事故に終わりました。セントールの断熱パネルが早期に分離し、LH2タンクが過熱して破裂したためです。このバージョンは2基のRL10A-1エンジンを搭載していました。[ 51 ]
大規模な再設計を経て、1963年11月26日にセントールBの唯一の飛行が成功しました。このバージョンはRL10A-3エンジン2基を搭載していました。[ 51 ]
セントールCは1964年から1965年にかけて3回飛行したが[ 51 ] 、 2回は失敗し、1回は打ち上げ成功と判定されたが、セントールは再始動に失敗した。このバージョンもRL10A-3エンジン2基を搭載していた[ 51 ] 。
セントールDは1965年に運用を開始した最初のバージョンであり、[ 51 ] 56回の打ち上げが行われた。[ 52 ]エンジンはRL10A-3-1またはRL10A-3-3だった。[ 51 ]
1966年5月30日、アトラス・セントール号が最初のサーベイヤー着陸機を月に向けて打ち上げました。その後2年間でさらに6回のサーベイヤー打ち上げが行われ、アトラス・セントール号は期待通りの性能を発揮しました。サーベイヤー計画は、宇宙空間での水素エンジンの再点火の実現可能性を実証し、宇宙空間における液体水素の挙動に関する情報を提供しました。 [ 15 ] : 96
1970年代までに、セントールは完全に成熟し、より大きな民間のペイロードを高地球軌道に打ち上げるための標準的なロケット段階となり、 NASAの惑星探査機のアトラス・アジェナに取って代わった。[ 15 ]:103–166
改良版のCentaur-D1A(RL10A-3-3エンジン搭載)は、1970年代にアトラス-SLV3Dで使用されるようになった。 [ 53 ] [ 54 ] [ 51 ]
Centaur -D1ARはAtlas-SLV3Dに使用され、Atlas Gは1970年代から1980年代にかけて使用されるようになりました。[ 55 ] [ 51 ] [ 56 ]
1989年末までに、セントーDはアトラスロケット63回の打ち上げの上段として使用され、そのうち55回は成功した。[ 1 ]
サターンI SV
サターンIは、ペイロードを低地球軌道(LEO)を超える軌道に乗せるため、SV型第三段を搭載して飛行するように設計されました。SV段は、燃料として液体水素、酸化剤として液体酸素を燃焼させる2基のRL-10A-1エンジンで駆動されることが想定されていました。SV段はSA-1からSA-4までのミッションで4回飛行しましたが、いずれのミッションでも、打ち上げ時のバラストとしてSVのタンクに水が充填されていました。この段はアクティブ構成では飛行しませんでした。
ケンタウロス D-1T(タイタンIII)

セントールD-1T(RL10A-3-3エンジン搭載)は、1970年代にはるかに強力なタイタンIIIブースターで使用するために改良されたバージョンであり、 [ 51 ]その結果生まれたタイタンIIIEが1974年に初めて打ち上げられました。タイタンIIIEはアトラス・セントールのペイロード容量を3倍以上にし、断熱材の改良により軌道寿命が最大5時間まで延長され、アトラス・セントールの30分から延長されました。[ 15 ] : 143
1974年2月に行われたタイタンIIIEの最初の打ち上げは失敗に終わり、宇宙プラズマ高電圧実験装置(SPHINX)とバイキング探査機の模型が失われました。最終的に、セントールのエンジンが酸素タンクから誤って取り付けられたクリップを吸い込んでいたことが判明しました。[ 15 ] : 145–146
次のタイタン・ケンタウルス号は、ヘリオス1号、バイキング1号、バイキング2号、ヘリオス2号、[ 57 ]ボイジャー1号、ボイジャー2号を打ち上げた。ボイジャー1号の打ち上げに使用されたタイタンブースターはハードウェアの不具合により早期停止を引き起こしたが、ケンタウルス段がこれを検知し、正常に補正した。ケンタウルスは燃料が4秒未満で燃焼を終了した。[ 15 ] : 160
Centaur D-1Tの仕様
セントールD-1Tの一般的な仕様は次の通りである。[ 58 ]
- 直径:3.2 m(126インチ)
- 長さ:9.6メートル(31.5フィート)
- 慣性質量:1,827 kg(4,028 ポンド)
- 燃料:液体水素
- 酸化剤:液体酸素
- 燃料および酸化剤の質量:13,490 kg(29,750ポンド)
- ガイダンス:
- 推力:
- 燃焼能力:3~4回
- エンジン:RL10A-3-3 x 2
- エンジン始動:再始動可能
- 姿勢制御:4 x 27 N(6 lbf)スラスタ
シャトル・ケンタウロス
シャトル・セントールは、スペースシャトルの上段ロケットとして提案された。シャトルのペイロードベイへの搭載を可能にするため、セントールの水素タンクの直径は4.3メートル(14フィート)に拡大されたが、液体酸素タンクの直径は3.0メートル(10フィート)のままであった。2つの派生型が提案された。ガリレオとユリシーズのロボット探査機を打ち上げるために計画されたセントールGプライムと、全長約9メートルから6メートル(30フィートから20フィート)に短縮されたセントールGは、米国国防総省のペイロードと金星探査機マゼランの搭載用に計画された。[ 59 ]
スペースシャトル・チャレンジャー号の事故後、シャトル・セントーロ号の飛行予定のわずか数か月前に、NASAはシャトルにセントーロ号を載せるのはリスクが大きすぎるという結論を下した。[ 60 ]探査機ははるかに出力の低い固体燃料慣性上段ロケットで打ち上げられ、ガリレオは木星に到達するために金星と地球からの複数回の重力補助を必要とした。
ケンタウロスT(タイタンIV)

シャトル・セントール計画の終了によって生じた能力の空白は、新しい打ち上げ機であるタイタンIVによって埋められました。401A/B型は、直径4.3メートル(14フィート)の水素タンクを備えたセントール上段ロケットを搭載していました。タイタン401A型では、1994年から1998年の間にセントールTが9回打ち上げられました。1997年の土星探査機カッシーニ・ホイヘンスはタイタン401Bの初飛行であり、2003年までにさらに6回の打ち上げが行われ、そのうち1回はSRBの故障でした。[ 61 ]
ケンタウロス I (アトラス I)
アトラスIの上段はセントールI段で、アトラスブースターの上に搭載されていた初期のセントールモデルから派生した。セントールI段は、液体水素と液体酸素を燃焼させる2基のRL-10-A-3Aエンジンを搭載しており、非常に効率的な段であった。タンク内の液体水素の蒸発を遅らせるため、セントールI段にはグラスファイバー製の断熱パネルが搭載されており、これは第1段ブースターエンジンの切り離しから25秒後に切り離された。[ 62 ]セントールI段は、分離式断熱パネルを備えた最後のバージョンであった。
ケンタウロス II (アトラス II/III)

セントールIIは当初、アトラスIIシリーズのロケットで使用するために開発されました。[ 52 ]セントールIIは、初期のアトラスIIIAの打ち上げにも使用されました。[ 16 ]
ケンタウロス III/コモンケンタウロス (アトラス III/V)

アトラスIIIBは、当初は2基のエンジンを搭載した、より長いセントーIIであるコモンセントーを導入した。[ 16 ]
Centaur IIIの仕様
出典:アトラスV551の仕様、2015年時点[ 63 ]
- 直径:3.05 m(10フィート)
- 長さ:12.68メートル(42フィート)
- 慣性質量:2,247 kg(4,954ポンド)
- 燃料:液体水素
- 酸化剤:液体酸素
- 燃料および酸化剤の質量:20,830 kg(45,922 lb)
- ガイダンス:慣性
- 推力:99.2 kN(22,300 lbf)
- 燃焼時間:可変。例:アトラスVでは842秒
- エンジン:RL10-C-1
- エンジンの長さ:2.32 m(7.6 フィート)
- エンジン直径:1.53 m(5フィート)
- エンジン乾燥重量:168 kg(370ポンド)
- エンジン始動:再始動可能
- 姿勢制御: 4 x 27 N (6.1 lbf) スラスタ、8 x 40 N (9.0 lbf) スラスタ
- 推進剤:ヒドラジン
アトラスV極低温流体管理実験
アトラスVで打ち上げられたコモン・ケンタウルスのほとんどは、ペイロード分離時に数百から数千キログラムの推進剤が残っていました。2006年、これらの推進剤は宇宙空間における極低温流体管理技術の試験のための実験資源として有望視されました。[ 64 ]
2009年10月、空軍とユナイテッド・ローンチ・アライアンス(ULA)は、 DMSP-18打ち上げの改良型セントール上段の実験デモンストレーションを実施し、「推進剤の沈降とスロッシング、圧力制御、RL10チルダウン、RL10二相停止操作の理解を深める」ことを目的とした。DMSP-18は低質量ペイロードで、分離後に約28%(5,400 kg(11,900ポンド))のLH2 / LOX推進剤が残存していた。2.4時間にわたる軌道上デモンストレーションが数回実施され、軌道離脱燃焼で終了した。[ 65 ]最初のデモンストレーションは、2012年から2014年にかけてセントールをベースとしたCRYOTE技術開発プログラムで計画されている、より高度な極低温流体管理実験に備えることを目的としており、[ 66 ]これにより、セントール後継機の高度極低温発展段のTRLが増加することになる。[ 22 ]
事故
セントールは長い飛行実績を誇りますが、数々の事故も経験しています。
- 1966年4月7日: セントール号は沿岸航行後再始動できず、燃料切れとなった。[ 67 ]
- 1968年8月10日: AC-17。セントールは過酸化水素供給ラインの凍結により再始動できなかった。[ 68 ]
- 1971年5月9日:セントーの誘導装置が故障し、火星軌道に向かっていたマリナー8号宇宙船とともにセントー自身も破壊された。[ 69 ]
- 1991年4月18日:AC-70。セントー号は再始動に失敗(着氷問題)。当初、不完全な故障調査の結果、セントー号の故障は、推進剤ダクトの清掃に使用された研磨パッドの粒子がターボポンプに詰まり、始動を妨げたことが原因であるとされた。[ 70 ]
- 1992年8月22日: AC-71。セントーは再始動に失敗した(前回の事故と同じ着氷の問題)。[ 70 ] [ 71 ]
- 1999年4月30日:USA-143(ミルスターDFS-3m)通信衛星の打ち上げは、セントーデータベースエラーによりロールレートが制御不能となり姿勢制御を失い、衛星が使用不可能な軌道に配置されたため失敗しました。[ 72 ]
- 2007年6月15日:アトラスVのセントール上段エンジンが早期に停止し、搭載していたペイロード(国家偵察局の海洋監視衛星2機 )が予定より低い軌道に残された。[ 73 ]この故障は「大きな失望」と評されたが、その後の声明では宇宙船はミッションを完了できると主張している。[ 74 ]原因は、バルブが開いたままになり、水素燃料の一部が枯渇し、2回目の燃焼が4秒早く終了したことであることが判明した。[ 74 ] この問題は修正され、[ 75 ]次の飛行は正常に行われた。[ 76 ]
- 2018年3月23日~25日:2009年9月8日に打ち上げられたアトラスVケンタウルスの第2段が不活性化され、分解した。[ 77 ] [ 78 ]
- 2018年8月30日:2014年9月17日に打ち上げられたアトラスVケンタウルスの第2段が分解し、宇宙ゴミが発生した。[ 79 ]
- 2019年4月6日:2018年10月17日に打ち上げられたアトラスVケンタウルスの第2段が不活性化され、分解した。[ 80 ] [ 81 ]
- 2024年9月6日:2018年3月1日に打ち上げられたアトラスVケンタウルスの第2段が不活性化され、分解した。[ 82 ]
参考文献
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