航行する発射プラント「オデッセイ」（出典：エネルギア）
ジャパン・オリジナリティー・ランチング戦略
（ユニークなモバイル・ロケット開発の現状）エアワールド2005年7月号抜粋版
本稿ではこの「あの手この手」のユニークなロケット開発の現状を紹介し、日本にも可能性がないか検証をしたい。
◎海上発射方式（シーランチ社）
ではまず海上発射型を述べたい。現在、海上発射型の打上げシステムを採用しているのは「シーランチ社」である。この会社は
・
米国の「ボーイング・コマーシャル・スペース・カンパニー」
・ ノルウェーの「アカー・カバナー社」
・ ロシア「エネルギア社」
・ ウクライナ「SDO Yuzhnoye / PO Yuzhmash社」
がそれぞれ40％、20％、25％、15%づつ出資・設立した多国籍企業である。この海上移動式の打上げプラットフォームはオデッセイと言われ、クルーと打上げ要員合わせて68名で運用されている。
航行する発射プラント「オデッセイ」（出典：エネルギア）
次に打上げ管制とロケット輸送船を行うCommand
Ship（指令船）も重要な役割をしている。この指令船は全長約200m、全幅約32m、排水量34000トンである。そしてこの指令船は打上げ用ロケットである“ゼニット-3SL”を複数機搭載し、「衛星とロケットの結合」及び「発射プラントへの受け渡し作業」や「打上げ管制」をする設備に加え、「VIPルーム」、「医務室」、「食堂」、「娯楽設備」を備えた多機能型指令船である。この指令船は「オデッセイ」へアクセスできる移動式通路も備え、最大240人が収容可能である。
この海上発射における大きな特徴は、H-2Aなどの地上発射において付きまとう“打上げ制約（ドックレッグ）”が無いことにある。このメリットを生かし、シーランチ社では静止軌道投入時に最もエネルギーを節約できる赤道にてロケットを打上げている。
H-2A場合（出典：H-2Aプレスキット）
シーランチの場合（出典：シーランチ）
では、実際の打上げスキームを説明しよう。シーランチ社のユーザーマニュアルによると、製造された衛星はまずロングビーチ港にある「ペイロード・プロセッシング・ファシリティー」へ搬入される。そこで衛星の電気チェック・機能確認・燃料充填が行われた後、打上げから25日前にロケット側へと引き渡される。その後、4日間かけてノーズフェアリングへと結合されるのだ。そして衛星は停泊している指令船へ搭載され、指令船内にあらかじめ搭載されているゼニットロケットへ約5日間かけて結合される。その後、衛星を搭載したロケットは指令船から運び出され、クレーンにて指令船から発射プラント「オデッセイ」へ約1日半かけて搭載されるのだ。この一連の作業を終えた後、ロケットと衛星を搭載したオデッセイ及び指令船は共にロングビーチを出港するのだ。
出港したオデッセイと指令船はハワイ諸島真下の赤道上（北緯0度、西経154度）の打上げポイント目指して11日半かけて移動する。この打上げ海域を選択した理由は、ブースター落下予測地域の安全性と天候、船舶の航行環境から総合的に判断したからとしている。そして移動中にロケットのインテグレーションや衛星の保守作業が行われ、打上げ海域到着後に3日間でロケットが発射台へとセットされ、打上げられるのだ。この打上げの際にオデッセイは半没モードへ移行する。航行時と発射時の写真を比較すると分かるが、オデッセイのタンクに海水を注水し、船体重量（排水量）を増加させて半没させているのだ。これはロケット打上げ時の衝撃で発射台がグラつかないようにするためである。
発射台へセット中のロケット 打上げ （出典：シーランチ社）
◎空中発射型ロケット
次に空中発射型ロケットの現状を述べたい。空中発射ロケットとは航空機や気球などの飛翔体から打上げる方式であり、海外ではオービタル・サイエンス社のペガサスロケットが実用化している。また、日本ではロケットの父である東京大学の糸川英夫氏がロックーンという「気球にロケットを吊るして上空から打上げる方式」を1956年から実施している。これは当時の観測ロケットの能力不足をカバーする目的だったため、衛星打上げ用として開発されていたわけではないが、ユニークな打上げ手法を実験していたのである。
空中発射のメリット
・ 運用の柔軟性がある
・ 母機からの運動エネルギーと位置エネルギーに利点
・ 抵抗損失、重力損失、マニューバー損失の減少
・ 推進効率（比推力）の向上
・ 高度を取ることにより動圧が低下できる
空中発射のデメリット
・ 全備重量に制限がある
・ ロケットに翼を取付けることにより、構造重量が増加
従って空中発射は小型衛星向けという概念が一般的に成立っているが、資料を分析すると必ずしもそうではない可能性がある。では、その理解を深めるために空中発射の事例及び研究の動向を述べたい。
◎オービタル・サイエンス社（ペガサスロケット）
空中発射でまず挙げられるロケットはオービタル・サイエンス社のペガサスロケットだ。これはロッキードマーチンが製造したL-1011トライスター旅客機（母機：スターゲイザー）に「懸架式の空中発射装置」を取り付け、ペガサスロケットという全段固体燃料型のロケットを搭載して衛星を打上げる方式である。
ペガサスロケット（出典：オービタル・サイエンス社）
次にペガサスロケットだが、これは有翼型ロケットであり、全重量は約23,130
kg、全長16.9kg、直径1.28m、翼幅6.7mである。このペガサスの最大打上げ能力は高度600km・低軌道に325kg、高度600km・太陽同期軌道に250kgのペイロード（衛星）が投入可能である。
次に打上げプロセスであるが過去の実績データによると、スターゲイザーが高度38000ft、速度770ft/sからペガサスを切り離す。そして水平落下したペガサスは切り離し5秒後に第一段モータが点火し、上昇を開始する。この時点では大気が存在するため、飛行制御は翼を用いて制御されるのだ。そして打上げから95秒後に第2段モータを点火する。これぐらいの高度になると動翼による飛行制御が困難なため窒素ガスを噴射して制御を行っている。そしてさらに上昇を重ね第三段モータが燃焼開始するころには投入軌道高度へ達して速度は14864
ft/s（4459m/s）となり、あとは第一宇宙速度である7900m/s目指して増速、最後にペイロード（衛星）を切り離して打上げ完了である。
（出典：オービタル・サイエンス社）
以上のように空中発射は打上げ制約（ドッグレッグ）がないことも特徴としてあるため、射場はカリフォルニア州バーデンバーグ空軍基地（VAFB）、フロリダ州ケープカナベラル空軍基地（CCAFS）、バージニア州ワロップス飛行施設（WFF）、太平洋環礁クワジャレイン基地（KMR）、南米アルカンタラ射場、カナリア諸島から離陸して打上げが可能である。このように地上発射で付きまとう打上げ制約を排除してペガサスはロケットの性能をフル活用して打上げられているのだ。
◎その他の空中発射の研究
次にまだ実用化に至っていないが、ロシアやアメリカでは様々な空中発射の概念検討を行っている。その概念は「航空機背負式」、「航空機懸架式」、「空中給油方式」、「牽引方式」、「パラシュート落下打上げ方式」と5つに大別される。
◎航空機背負式
では航空機背負式から説明しよう。この掲げている4種類のうちDARPAが推進しているRASCAL以外は全て既存航空機を使用している。MAKS-OSは、ロシアの超大型貨物機An-225を母機として有人宇宙船MAKS-OS、無人貨物宇宙船MAKS-C、弾道飛行船MAKS-D、完全再使用宇宙船MAKS-Mを考案している。この中でMAKS-OSはAN-225と共に585tonで離陸する。そして高度9000ｍから889km/s（480kts）の速度でスペースプレーンを点火、2基の液体酸素・液体水素のRD-701エンジンにて上昇する方式である。このスペースプレーンは100回再使用するとしている。
ボーイング・エアランチはインパクトが大きく感じられる。これはエアポートで読者皆さんがよく見るB-747ジャンボジェット機の空中発射構想なのだ。報道によるとボーイング・ファントムワークスと固体燃料ロケット会社のサイオコール社が共同で有翼の空中発射ロケットの検討を2000年より実施しているとのことだ。
最後にエアワールド3月号でも紹介したRASCALについてだが、その後動きがありDARPAによる開発が中止された。中止の理由は競合するFALCONの開発が良好であるためとあるが、開発契約を結んでいたSpace
Launch Corporation はRASCAL開発を継続する予定としている。
「航空機背負式」
ロシアMAKS-OS（出典NPO Molniya） イギリスInterim
HOTOL（出典：AIAA）
アメリカ、ボーイング・エアランチ(出典:Boeing) RASCAL（出典：DARPA）
◎航空機懸架式
次は航空機懸架式だ。これは航空機の翼や胴体にロケットを吊り下る方式の空中発射システムであり、ペガサスロケットもこの方式である。この打上げ方式は背負式と比較してリスクが低く、実績もあるために現在では最も手堅い空中発射方式である。
ヤコグレフHAALは、 Tu-160ブラックジャックの胴体下部に31.5トンのロケットを搭載して空中発射する方式だ。Tu-160は高度13500m、速度マッハ1.7からロケットを発射して、高度200kmに1125kgのペイロード（衛星）を打上げる事が可能としている。
ペガサスは、上記で述べたように事業化に成功した空中発射ロケットである。また、X-43のように技術実証の支援機材として利用される場合もある。このX-43はハイパーXと言われ、マッハ10で飛行する超音速機である。したがってペガサスは衛星打上げ用ではあるが、超音速実験用（技術実証用）としても利用されている。
最後にロシアのヤコグレフ・スカイリフター（Skylifter）研究だ。この機体は1990年代初頭に考案されており、空中発射ロケットではなく母機の開発である。この機体はAn-225の脚にAn-124の翼を結合し、Yak-40の胴体とノーズ、コックピットを組み合わせた機体で、中央胴体下部に空中発射ロケットが搭載可能である。この何とも言えないロシアの奇抜なアイデアは、筆者も驚かされるばかりである。
「航空機懸架式」
ロシア、ヤコグレフ HAAL（出典：AIAA） アメリカ、ペガサス（出典：NASA）
ロシア、ヤコグレフ・スカイリフター（出典：www.aeronautics.ru） X-43（NASA）
◎空中給油方式
さて次は空中給油方式である。この機体はパスファインダーと呼ばれ、2基のターボファンエンジンを使用して滑走路から離陸する。そしてB-747空中給油機と上空でランデブーし、58.5トンの液体酸素を給油するというユニークさがある。そしてRD-120エンジンを使用して加速と上昇を開始し、マッハ15、高度130kmまで上昇する。この高度であれば大気は殆ど無いため、カーゴ扉を開口して15.3トンの上段を放出、パスファインダーは地上へと帰ってくるのだ。その一方上段はロケットエンジンを点火して加速、上昇し低軌道に2トンペイロード（衛星）を投入するというアイデアである。
「空中給油方式」
パスファインダー（出典：Pioneer Rocketplane）
◎牽引方式
これは写真を見て一目瞭然だが、このアストロライナー（Astroliner）は牽引式である。そして機体にはコンバイン・ジェットエンジンとロケットエンジンを搭載しているとのことだ。また、打上げ手法はボーイング747胴体からワイヤーでアストロライナーを結合し、牽引して離陸する。その際のアストロライナー重量は324トンとしている。そして離陸後双方ともジェットエンジンにて高度と速度を上げるのだ。そして高度6000ｍになった時点でB-747から切り離し、アストロライナーはロケットエンジンを点火する。点火後にマッハ５、高度約100kmまで上昇後に重量25.2トンの上段を放出し、下段のシャトル型機体は戻ってくるのだ。そして上段は高度と速度をあげて最終的に4.5トンのペイロード（衛星）を投入するのである。この研究は写真にもあるようにF-106デルタダートを用いて牽引実験を行い、成功裏に終了している。このように実現は先かもしれないが着実に技術開発が行われているのだ。
「牽引方式」
Astroliner 牽引実験（出典：Kelly
Space）
◎パラシュート落下打上げ方式
最後にパラシュート落下打上げ方式であるが、これは簡単に言えば、輸送機の後部扉からパラシュートをつけたロケットを落下させ、安定した時点でロケットエンジンを点火して打上げる方式である。ロシアが考案しているVozhushny
Startは大型輸送機であるAn-124に約100トンの2段式ロケットを搭載し、パラシュートをつけて落下させ3トン～４トンの衛星を低軌道へ打上げることを目的している。ロケット燃料はケロシンと液体酸素を使用すると公表している。
スウィフト・ランチ（Swift Launch）はカリフォルニア工科大学が中心となって考案したシステムである。この打上げ方式はAn-124かC-5ギャラクシー輸送機に乗せて離陸し、高度9000ｍから後部扉からパラシュート付で投下、そしてロケットエンジンを点火して打上げる方式なのだ。
「パラシュート落下打上げ方式」
Vozhushny Start（出典：Air Launch Aerospace Corp） Swift Launch（AIAA）
◎空中発射型開発の壁
以上のように様々な空中発射の概念研究が行われていることが分かっただろうか？では、これらの空中発射から読み取れるキーワードはいったい何だろうか？筆者は「既存システムの有効活用」、「段階的技術開発」ではないかと考えている。実は今回掲げた空中発射の機体以外に下図のようなコンセプトも考案されていた。
SaengerⅡ（出典：Mark Lindroos） Spiral50-50（出典：Dan
Roam）
しかし、この２つの計画はエンジンや機体など新たな技術開発が多すぎたため、「実現へ向けてリスクが高い事」からロードマップを確実に描けない問題が発生したため、開発中止に追い込まれているのだ。つまり「ゼロから全部開発」というハイリスクな計画を描いたために中止となったのだ。どんなに夢を描いても開発経費がかかり過ぎれば何処の国も開発中止に追い込まれている傾向はあるようだ。
◎打上げコスト
実はロケット打上げにおいて意外に無視できないのは射場整備や打上げ管制などの地上設備の運用コストである。例えばアポロ計画では一度の打上げに1000人以上関わっていると言われている。また、タイタンロケットも一部報道によれば射場維持費用が高いため、最近リストラが行われ、将来的にはアトラスVに統合される形で廃止される可能性がある。射場は打上げの無い時期にも維持運用しなければならないため、射場や打上げ管制コストは表には出ない裏コストと言われている。また、海外のある機関から種子島射場は人が多すぎるという意見を聞いたことがある。しかし他の機関の話では欧州のクールー射場は大型の製造施設もあるため、種子島より多い人員が常駐している話も聞いたことがある。海外が射場コスト削減を進めている中で、いったいどのぐらいの人が射場に滞在すれば良いのかじっくり思考してみるべきではないだろうか？
以上のように海上発射と空中発射の現状を述べた。それでは次に日本も「低価格の打上げ手段の開発」、「航空宇宙産業育成」、「有人宇宙技術獲得」を目的とし、さらには「国威発揚」も加味した打上げ手段が取得できないかを検証したい。
◎海上打上げの可能性
海上発射についてだが、既存のロケットを大胆にも海上発射型へ変更するのはどうだろうか？過去のエアワールドでも述べたように、ロケットの性能を最大限引き出すには赤道付近が最も望ましい。例えばM-Vロケットも赤道付近へ移動すれば、打上げ能力が1.5倍になると言われている。したがって南方の島である南鳥島（マーカス島）かもしくは沖の鳥島の沖合でM-VやGXロケットを海上発射してしまうのはどうだろうか？これは日本国内に射場を配置した場合、ギリギリの南方ポジションになる。また南鳥島は海上保安庁、海上自衛隊、気象庁の職員があわせて40人ほど駐在しており、スペース的に地上型の射場を建設することも可能である。
また、この海上発射型の打上げシステムを作る事により、場合によっては国際共同射場へと使用し、多国間でシェアする方法も考えられ、エアワールド5月号で紹介した、弾道ミサイル・ピース・トランスファー射場や外交ツールとしても使用できるかもしれない。
以上のように既存のシステムにこだわらず、発想とアイデアで新たな低コスト射場を建設してはどうだろうか？
◎空中発射の可能性
次に空中発射である。これは過去のエアワールドで日本版RASCALを提案したが、その技術開発のリスクを軽減するため、ステップを踏む必要があるのではないか？と考えている。また、NASAでは退役した爆撃機B-52を空中発射母機として使用している事例を考え、日本の航空会社からB-747やB-767を中古で購入し、国土交通省航空局の協力を得て、研究機「RB-747」としてJAXAが保有してはどうだろうか？この中古機は空中発射やマイクロG実験、宇宙教育、広報など様々な利用が可能な一方、年間数百時間飛行すれば10年ぐらいで退役のため、その間に空中発射のノウハウを取得するのだ。したがって固定資産をずっと持つ必要はなく、パイロットと整備も航空会社へ委託し、利用頻度の多くない空港と格納庫を使わせてもらえれば低コストで手堅い技術開発が可能になるかもしれない。
実はこの背負い式打上げ方式は、旧宇宙科学研究所が1990年代初頭にその可能性を論文発表している。その内容はM-Vロケットの技術をベースにB-747に搭載し、下降するB-747から有翼式の空中発射ロケットを発射する検証しているのだ。従って学術レベルではしっかり研究されている。
◎空中発射の技術実証コスト
次に技術実証ロケットのコストだが、海外の空中発射技術を研究している人からは、日本は懸架式のロケットならば、安くて10億円、高くても15億円程度の予算で国内製作できるだろうという指摘を得た。
次に射場コストだが、種子島のように大型施設は必要無く低コストで地上施設建設は可能である。空中発射は射場が空中のために射台を必要とせず、衛星とロケットをインテグレーションする設備と既存滑走路と格納庫があれば良いため、運用コストは比較的低くできる可能性が高い。また、航空機の整備も航空整備会社へ委託すれば良く、トータルコストも高くならないであろう。
さらにマイクロG実験用にRB-747を利用する方法や、機体を使用しない時期はJAXA宣伝カーならぬ宣伝機として使用し、日本の航空ショー会場や海外の航空ショー会場で披露する方法はどうだろうか？資産を有効活用すれば低コストで大きな広報効果が期待できないだろうか？
◎地方空港を有効活用
次にジャンボ機が離着陸できる空港であるが、これは2500～3000mの滑走路で利用頻度が高くない空港であればよい。南から見ていくと、過去パイロット養成空港であった下地島空港、射場に近い鹿児島空港、新規開港予定の神戸空港、大手重工工場に隣接する名古屋空港、宇宙機関に近くて共用化予定の百里基地、東北大学に近い仙台空港、HASTICなどがある北海道の帯広空港などを利用すれば、効率的な空中発射実験などができるかもしれない。
以上のような空中発射等の研究実現には、国土交通省航空局の協力が必要である。もし、科学技術発展のために協力をしてもらえたら航空局やJAXAは大きな支持が得られるであろう。ぜひとも協力して欲しいものだ。
◎低コストの技術開発手段の確保を
以上のように海上発射と空中発射の可能性を考察してみた。今後のロケットは、新たなアイデアや技術開発によって「ペイロード比率の向上」と「ランンチングコストの削減」が進むであろう。したがって筆者はH-2Aのような地上発射型の開発だけを進めることが国際競争力上必ずしも得策ではないと考えており、新たな打上げ手段を思考する時が来ていると考えている。
◎まとめ
筆者は、上記のようなアイデアが日本の航空宇宙産業発展へ向けて貢献できるものだと考えている。特に空中発射の提案は「如何に失敗のリスクを減らして、段階的な開発を行うか？」をベースとして考え、さらに「低コスト」と「既存資産の有効活用」も加味して考えた結果である。今回はユニークな打上げ研究の中で日本も世界に負けじと提案してみたわけだが、上記の実現にあたっては国土交通省航空局の協力も必須であり、今後の宇宙開発は1省庁のみで進めることは困難となってきている。日本の総合技術力発展のために今こそ協力をしあうべきであり、JAXAは既存の殻を破って発展できるものだと信じている。