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H3ロケット2号機打ち上げ成功 基幹ロケットの意義とこれから
2024年2月16日 08:20
日本の新型液体基幹ロケット「H3」ロケット試験機2号機(H3 TF2)の打上げ日が2月17日に決定した。2月15日の当初予定日が天候不順のため、延期となっての決定だ。打上げが成功すれば、前任のH-IIAがあと2機というところで無事に新型機へ引き継げることになる。
H3 TF2のミッションの主要な目的は、ロケットの飛行そのものだ。1号機(TF1)が2023年3月に打上げに失敗し、搭載していた衛星を喪失したため、2段分離以降は飛行の実績がまだない。
そこで約10カ月の原因究明と対策を経て、模擬衛星を搭載した機体を飛行させ、軌道投入を実証するのがTF2の目的だ。早期の飛行再開を目指し、衛星を載せずにリスクを低減し、飛行計画はTF1と同じものを利用している。
H3 TF2の機体は、2月16日午後3時に種子島宇宙センターのVABを出て射点へと移動する。打上げは17日9時22分55秒を予定している。13時6分34秒まで打上げ可能ウインドウがあり、17日以内は時間に余裕がある。
リフトオフ後、H3の機体は太平洋を南下しつつ離床から約5分後に1段エンジンの燃焼終了と1段分離を行ない、およそ16分半後に2段エンジンの燃焼を終了。約17分後に相乗りの超小型衛星「CE-SAT-IE」を高度約675kmで分離し、約25分後に「TIRSAT」を分離する。
インド洋上で2段エンジンに再着火して軌道を離脱しながら、模擬衛星(VEP-4)の分離確認試験を行なって2段はそのままVEP-4と一緒にインド洋に制御落下、というのが大まかな飛行の流れだ。
JAXAでは、打上げのライブ中継も予定している。
H3開発これまでの経緯
H3ロケットは、JAXAと三菱重工業が2014年から開発を開始したH-IIAを引き継ぐ液体燃料ロケットHシリーズの最新型だ。
液体水素・液体酸素を推進剤とする1段主エンジン「LE-9」を2基または3基搭載し、6.5トン以上の静止衛星など大型の衛星を輸送できる。日本の政府系衛星の打上げを担う「基幹ロケット」として、2020年代の日本の宇宙輸送の主力となる。
本来は2020年に初飛行を計画していたが、1段主エンジンをH-IIA/Bの「LE-7A」からLE-9に切り替える開発が難航したために2回の延期を経て、2023年3月7日に試験機1号機の初飛行を行なった。しかし2段の電気系統でトラブルが生じ、飛行中止したため、搭載していた先進光学衛星「だいち3号(ALOS-3)」を喪失した。
3月から2023年末まで、H3プロジェクトチームは1号機の飛行データから2段の電気系統で発生した事象をつきとめ、対策をまとめ上げるという慎重さとスピードを求められる作業を続けてきた。結果的に唯一の原因の絞り込みには至っていないが、2系統の2段フライトコンピュータに過電流を発生させる複数の要因に対策するという形で対策をまとめ上げ、約1年での飛行再開(Return To Flight)にこぎつけた。
元の計画ではH3 TF2には先進レーダ衛星「だいち4号(ALOS-4)」を搭載する予定だったが、1号機の飛行実証が終わっていないことから衛星喪失リスクを避けるために衛星搭載は取りやめ、質量を模擬したダミーへと切り替えた。
ただし、空荷はロケットの能力面ではもったいない。試験機ならではのリスクを了承できる衛星を公募したところ、キヤノン電子の超小型地球観測衛星「CE-SAT-IE」と宇宙システム開発利用推進機構・セーレン・ビジョンセンシング・アークエッジスペース合同の超小型衛星「TIRSAT」の2機を搭載することとなった。あくまでも試験機の余剰搭載能力を活かした無償の相乗りサービスである。
基幹ロケットを持つ意義
H3は今回の打上げが成功すれば試験ミッションを終え、実運用段階に入る。将来はMHIに打上げ業務を移管し、商用衛星の打上げ受注が可能になる。
MHIはすでに英国の衛星通信企業インマルサットから静止通信衛星の打上げを受注しており、2月13日の打上げ前記者会見では「海外からの引き合いも来ている」との状況をMHI側のH3プロジェクトマネージャー 新津真行氏は述べた。
宇宙輸送ビジネスというと、米国のSpaceXが運用する打上げロケット「Falcon 9」が2015年に1段再利用を実現して価格、頻度とも革命を起こした。H3は再利用を行なわない使い切り型のロケットのため再利用による高頻度打上げは難しく、H-IIAの実績は年間最大6回である。ビジネス面でははるか先を行く米国に対して、日本が基幹ロケットを継続しているのはなぜだろうか。
これは、日本の自立的な宇宙輸送能力を守るためだ。自力で人工衛星を打上げる手段を持っていない場合、気象や通信、基盤地図の整備といった国に必要な衛星の打上げを他国の事情に左右されてしまうことが起きるからだ。
本来ならばそのことを熟知していて、独自の液体大型ロケット「Ariane」シリーズを開発していたのが欧州だが、その欧州でさえAriane 5から新型のAriane 6への移行を進める中で2022年2月にロシアによるウクライナ侵攻が発生した。ロシアとの契約で運用していたソユーズロケットを運用できなくなり、日欧共同の雲観測衛星「EarthCARE」を米国のFalcon 9に載せ替えざるを得なかった。新旧ロケットの運用期間をオーバーラップさせながらの切り替え、維持していくことが必須だ。
新年度以降のH3の打上げ予定
H3の政府系衛星の利用計画は、宇宙基本計画の工程表に記載されている。2024～2025年度にはALOS-4のほか、宇宙ステーション補給機HTV-X、準天頂衛星、技術試験衛星9号機、日印共同月極域探査機LUPEXなど予定が目白押し。2026年度には火星衛星探査計画MMXなど重要な科学衛星も控えている。
H3は政府系衛星しか打上げないというわけではない。国の衛星に基幹ロケットを優先的に使用することで、ロケットを安定して運用できるようにすることが目的だ。並行して日本、海外を問わず商用衛星の打上げを受注することが期待されている。
すると輸送能力と価格という点が判断の基準になってくる。この決めてとなるのが主エンジンと固体ロケットブースタの数、フェアリングの長短という形態だ。
H3は1段主エンジンを2または3基、固体ロケットブースタを2または4本、フェアリング(衛星搭載部のカバー)を長短の2種類に切り替えることができる。この形態を反映して「H3-22S」のように表記する。22Sの場合は「LE-9エンジンを2基」「固体ロケットブースタ(SRB-3)を2本」「ショートフェアリング」となる。
固体ロケットブースタを持たない「H3-30S」形態は高度500kmを南北に飛行する「太陽同期軌道」に4トンを搭載可能で、「H-IIAの半額の約50億円を目指す」とされるのはこのH3-30Sに限った場合だ。固体ロケットブースタなどのオプションが増えれば価格も変わる。オプションを追加したH3-24L形態での価格設定は非公表だが、静止トランスファ軌道(静止軌道に到達するための軌道)へ6.5トンと大型の衛星を搭載可能だ。
この価格設定で世界とどう競争するのか、という点では、SpaceXが圧倒的である。Falcon 9に続いて超大型のStarshipが商業デビューすればさらに価格差が生まれる可能性もある。だがStarshipの商用デビュー時期はまだ不透明で、Falcon 9の使い切り価格は6,200万ドル(約92億円)、再利用の場合は4,800万ドル(約70億円)だ。現在の為替水準に限っていえば、H3が70～80億円で打上げられれば、能力面では小さいものの価格だけならFalcon 9に並ぶ。
50億円という目標の数字が独り歩きしているきらいがあるものの、「日本のロケットは高コストすぎて海外客が見向きもしない」という水準ではない。ウクライナへの侵攻後に歴史ある宇宙輸送ビジネスを自ら破壊したロシアと比べれば、はるかにビジネス面での信頼性は高い。シェアを取ってから値上げするSpaceXの姿勢に対する懐疑的な視線もある。
H3のこれから
H3は試験機1号機の失敗で、新規開発要素ではない2段エンジンが注目されることになってしまったが、本来の新規の要素は1段のLE-9エンジンだ。1号機の1段は計画通り燃焼しているので飛行実証は終えているものの、実はまだ完成形ではない。2号機にはその一歩手前の「LE-9 Type1」と「LE-9 Type1A」の2基を搭載する。本当の完成はType2エンジンになってからで、H3が最大の力を発揮できるType2エンジンの完成、切り替えが待たれるところだ。
一方で、世界で待っている衛星側の顧客の需要をどれだけ満たせるかという点も重要だ。小型衛星を多数打上げて協調運用するコンステレーションという運用方式が増え、同時に多数の小型衛星をまとめて打上げる「ライドシェア」が注目されている。SpaceXも「Transporter」ミッションという名前でライドシェア打上げを行なっている。
2月13日の会見でMHIの新津氏はライドシェアの需要が高まっているという事情についても触れた。大型ロケットのビジネスとして意識していることは間違いないが、複数の小型衛星を安全に搭載し、望む軌道に送り出すには専用の衛星搭載機構が必要になる。複数の目的が異なる衛星をまとめ上げ、軌道を調整するコーディネート能力が問われる。
まずは17日のH3 TF2を無事に成功させ、真のデビューを果たすことが目標だ。加えて、日本の自立的宇宙輸送能力を守り、世界で商業ロケットとしてのポジションを得るため、ハードウェア面でもビジネス面でも開発要素はまだ多い。
【更新】打ち上げ成功で見出しを修正(2月17日)