宇宙へのアクセスは非常に高価であり、それが太陽系をそれ以上探求することを妨げている主な理由の一つです。 部分的に再利用可能なランチャーの到着と共に、それは動き始めるかもしれません。 しかし、私たちは、車や飛行機と同じくらい使いやすい宇宙船の夢からは程遠いです。 これは完全に再利用可能な乗り物を意味し、特にステージを落とすことなく地球の軌道に到達できることを意味します。
多段ロケットは宇宙時代の初めから有効であることが証明されています
すべてのロケットは多段設計をしています。なぜなら、死体は軌道へのアクセスの誓約された敵だからです。 周回する機会を得るためには、ランチャーの質量の大部分は推進剤で構成されていなければなりません。 デッドマスを上昇時にも上昇時にも落とすことで、この比率、つまりロケットの性能を確実に維持します。 これを行うには多くの方法があります。 ステージを積み重ねることができ、それぞれ独自のエンジンを使用してステージを積み重ねることができます。
ブースターを使用するアーキテクチャでは、さらにいくつかのリリース可能なブースターを使用できる2段または3段のロケットを入手できます。 必ずしもすべての要素の再利用の可能性が限られていても、それは非常にうまく機能します。 このデザインはすぐに宇宙時代の最初のランチャーに課されました。 それにもかかわらず、一部のエンジニアはシングルステージランチャー（SSTO）を想像しようと試みました。
シングルステージランチャーコンセプト（SSTO）は多くの技術的課題に直面しています
これらのマシンのどれも今日飛んでいなければ、それはこのタイプのアーキテクチャが根本的な制約を課すからです。旅行中に何も投げずにランチャーの質量を最小限に抑える方法は？強力な離陸力と、一度大気から抜け出した強力な比推力で、飛行のあらゆる段階で効率的なエンジンを構築する方法は？特に、車両の質量がすでに多くの問題を抱えているときにペイロードを挿入するにはどうすればよいですか。これはSSTO（Single Stage To Orbit）発射装置が解決しようとしているパズルであり、必然的により低い性能を持つ宇宙船ですが、それは完全に再利用されることによって補われるでしょう。このテーマに関する多くの研究コンセプトがあり、これらのプロジェクトのいくつかはまだ開発中です。
1960年代の初めに、ダグラスのエンジニアであるPhilip Bonoは、ますます高度な一連の概念を想像しました。最初の概念は投棄可能な燃料タンクを使うことで少し騙されますが、非常に早くそれは実際にはSSTO、そして特に再利用可能なアーキテクチャで戻ります。彼の初期の仕事はそのようなアーキテクチャの重要な技術を強調しています。 Philip Bonoの場合、SSTOランチャーは離陸して垂直に着陸できなければなりません（VTVL =垂直離陸と垂直着陸）。翼は非常に重要であるため、ランチャーは飛行機ではなくロケットの形をとらなければなりません。水素と酸素のペアだけが、飛行のすべての段階に必要なパワーと特定のインパルスを提供することができます。
Delta Clipper SSTOデモンストレーターは1990年代にテストされました
Philip Bonoのアイデアは、1990年代初頭にDelta Clipperのデモを開発し始めたMcDonnell Douglasに大きな影響を与えました。 このデモンストレーターは、このタイプのアーキテクチャーがどのように見えるかについて、小規模で優れた概要を提供します。ロケットの円錐形、水力エンジン、モジュール式推力、軽量材料、大気圏再突入のための熱防護の必要性です。
Delta Clipperは12便を運航しました。 それは3キロメートルを超えたことは一度もありませんでしたが、このデモンストレーターは2回の飛行の間に時々ちょうど24時間以上でこのアーキテクチャの再利用の高い可能性を実証することができました。 Delta Clipperプログラムは軌道モデルには至りませんでしたが、プロジェクトに携わったエンジニアの中には現在Blue Originのものもいます。
キャンセルされる前に、ロッキード・マーティンによって宇宙平面の概念が開発されました
Philip Bonoはそれを信じていませんでしたが、飛行機の形をした車のアイデアは他のチームを魅了しました。 McDonnell DouglasがDelta Clipperをテストしていたのとほぼ同時に、Lockheed MartinはX-33で作業を始めました。 それはSSTO車を開発するのに必要とされるすべての技術をテストするためのデモでした。
ロッキードマーチンとNASAは、そのようなプロジェクトを可能にすることができる技術のセットを確認しました：大気の再突入を容易にする形状、垂直離着陸と水平着陸、飛行のすべての段階に適応したaerospykeノズル、使用 水素と液体酸素のペアの。 X-33は主に燃料からの重量を最小にするために複合材料を使用することでした。 NASAにとって、これらは、数日で再び飛ぶことができて、より少ないメンテナンスで済むことができる自動車を設計するための鍵でした。
米国宇宙機関はこのプログラムで地球の軌道へのアクセスを10倍安全で10倍安くする機会を見ました。 しかし、それはそれほどうまくいきませんでした。 技術的な問題により、このプロジェクトは2001年に中止されました。 特に、複合材料製の燃料タンクの製造。 極低温炭素繊維タンクがそれ以来大きな進歩を遂げたことを私たちが知っているときは残念です。
他の証明された解決策が存在するので、SSTOモデルは多くの人々に興味を持たない
今日、SSTO車が大きな関心を集めるとは言えません。 SpaceXが技術的な飛躍はそれほど重要ではないことを証明して以来、部分的な回復は功を奏しているようです。 英国にはSkylon space planeの開発を信じることを望むチームがまだあります。
SSTOアーキテクチャを本当に面白くするためには、化学推進以外の解決策を研究しなければならないかもしれません。 原子力で、私たちは高い力と大きな比インパルスの両方を持つことができます。 原子力機関は1960年代の早い時期に開発の進歩段階に達しました。 熱核推進は原子炉の熱を通して水素を緩和することによって推力を提供するであろう。 これは強い推力をもたらすでしょう、しかしそれは最初の段階またはSSTO車を推進するのに不十分なままです。
やがて宇宙船SSTOは打ち上げられない
SpaceXのRaptorエンジンの元エンジニアであるJohn Bucknellは、2015年にそのようなシステムのパワーと効率を改善する方法を想像しました。スカイロン宇宙平面のやり方では、熱核推進に燃焼サイクルを加えることは空気を大気中に引き込むことの問題であろう。このようなエンジンでは、水素は最初に原子炉によって加熱されることによって膨張され、次いでそれは燃焼室に注入され、そこで大気と接触して燃焼する。これにより、飛行の最初の段階で推力と比推力が大幅に増加します。
John Bucknellは、そのようなシステムが、大きなペイロードを軌道を越えて、そしてそれ以降に届けることができる本当に強力なSSTOロケットを生み出すであろうと信じています。応用技術は非常に複雑なので、経済的に実行可能であることは明らかに再利用可能であるべきです。そのようなエンジンはおそらく長い間開発されていないでしょうし、SSTOの軌道車でもないでしょう。予想される利益と比較すると、制約は依然として非常に重要に見えます。
これまでのところ、宇宙船の完全な再利用を可能にするための別のトラックが考えられています。 SpaceX Starshipとそのブースターはアーキテクチャを2段階に保っていますが、私たちはそれらを別々に回復しようとします。根本的な技術的な中断は必要ありません。 SpaceX Starshipが月や惑星の火星に着陸するために一日を管理するならば、それは本当のSSTO車のように、地球に着陸するために再び離陸しなければならないでしょう。
Images by A. Mann / Glenn Research Center [Public domain] / NASA/MSFC [Public domain]
