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 宇宙航空研究開発機構(JAXA)は2022年1月21日、21年度(22年1〜3月)に予定していた次世代ロケット「H3」初号機の打ち上げを延期すると発表した。新規開発したLE-9エンジンのターボポンプで、振動問題が確認されたため。新たな打ち上げ時期は未定だ。

地上試験を行うH3ロケット
地上試験を行うH3ロケット
(画像:JAXA)
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 JAXAの岡田匡史プロジェクトマネージャは「直面した現象が、皆目見当がつかないという状態ではない。LE-9エンジンは9割まで完成しているが、最後の1割を完全にして仕上げたい。延期時期を言明するのは難しい。問題を解決して打ち上げ時期を確定するまで知恵を絞っていきたい」と現状を総括した。

タービンの振動発生で再延期

 H3計画の中でも、第1段主エンジン「LE-9」は最大の開発要素だ。「エキスパンダー・ブリード・サイクル」という新しいエンジンサイクルを採用したからだ。

 20年5月に実施した燃焼試験では、[1]燃焼室内壁に亀裂が発生、[2]液体水素ターボポンプのタービン動翼に疲労による亀裂が発生——という2つのトラブルに見舞われた。このトラブル解決とそれに伴う設計変更のために、初号機打ち上げを20年度末から21年度末に1年延期した。

LE-9エンジン
LE-9エンジン
種子島宇宙センターのテストスタンドにて。(出所:JAXA)
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 この延期決定後1年で、[1]は解決のめどが立った。[2]は設計を変更したポンプを装着したエンジン燃焼試験によって、疲労を起こした振動に関しては解決できたものの、新たに流体力学的な圧力・流量の変動とタービンディスクの変形振動が連成して起きるフラッター現象が発生すると確認された。タービンは2つのタービンディスクを持つ2段式だが、問題が発生したのは上流の第1段タービンディスクだ。

* フラッター現象:構造物とその周りを流れる流体とが連成して発生する自励振動現象。

 液体水素ターボポンプのトラブル対策と併せて設計変更した液体酸素ターボポンプでは、ポンプ単体の運転試験で、タービン入り口部の流れの不均一に起因すると思われる新たな振動が確認された。

 JAXAは、これら新たに確認できた問題点を解決するため、H3初号機の打ち上げは期間を定めずに延期する。

ここまでのLE-9エンジンのターボポンプ開発の経緯
ここまでのLE-9エンジンのターボポンプ開発の経緯
液体水素ターボポンプのタービンディスクに発生したフラッターは、2021年6月から実施していた種子島宇宙センターにおけるエンジン燃焼試験で確認され、対策品10月の燃焼試験にかけたが抜本的解決に至らなかったと分かる。(出所:JAXA)
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