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宇宙

イーロン・マスク、Super Heavyロケットを発射台のアームでキャッチして回収する計画 82

ストーリー by headless
回収 部門より
AC0x01 曰く、

SpaceXが開発を進めるStarship宇宙船のSuper Heavyロケットについて、発射台のアームでキャッチして回収する計画をCEOのイーロン・マスク氏が明らかにした(マスク氏のツイートTechCrunch Japanの記事)。

現行のFalcon 9ロケット第1段はグリッドフィンで姿勢を制御して垂直降下し、着陸脚を使って着陸する。新たな仕組みではグリッドフィンを発射台のアームでキャッチすることで、着陸脚無しでの着陸を実現する。当然ながら非常に精密な垂直着陸が必要となる一方、着陸脚が不要になるため大幅なコスト削減と軽量化につながり、わずか1時間での再打ち上げが可能になるという。

さすがにかなり無茶な計画に見えるが、最近のFalcon 9の着陸精度を見るに実現の可能性も十分あるのだろうか。Super Heavyの試験機もそう遠くないうちに飛ぶはずなので、実現するのか期待である。

  • ドローンは吊り (スコア:4, 参考になる)

    by Anonymous Coward on 2020年12月31日 23時59分 (#3951719)

    ドローンだとこういう風にして、「ひっかける」研究はされている。
    滑走路に着陸させるよりは簡単なのだろう。
    https://youtu.be/J4uJ4yShEDA?t=56 [youtu.be]

    ショックアブソーバーやらを搭載し、十分に衝撃に耐えるだけの折りたたみ式の
    着陸脚を内蔵させて打ち上げて、その分だけ燃料や推進剤を無駄使いすることに
    比べれば、地上に固定した大がかりなクレーンを用意してそちらの方で捕まえると
    いうのもあながちなくはない気がする。

    風に流された場合は「捕獲」に失敗することになるけれど、風に流されるような
    場合は、いずれにせよ着陸の成功はおぼつかないだろうし。

    ここに返信
  • アームでロケットを保持、というとソユーズロケットの打ち上げ台のアーム『チュラパン(チューリップの意味)』が連想されますが、アレってチュラパン接続部だけが頑丈で、ロケットとしては自立できないくらいやわなんですって

    スーパーヘビーはどうするのかな
    掴めるハードポイントを作るのか?
    どこ掴んでもいいくらい全体を頑丈にするのか?

    ここに返信
    • 記事本文に

      新たな仕組みではグリッドフィンを発射台のアームでキャッチする

      と書いてるので、グリッドフィンとその接合部を強化してブースター全体の重さとキャッチ時の衝撃に耐えられるようにするんだろうな。
      降下時にはグリッドフィンが突き出しているので捉まえる目標としてはちょうどいいだろうし。

      --
      うじゃうじゃ
    • by Anonymous Coward

      > ロケットとしては自立できないくらいやわ

      本当か?ロケットが打ち上げの時に受ける加速は当然1G以上になるはずなのだから、
      「自立できないくらいやわ」なものなどロケットになりえないと思うのだが。

      • by Anonymous Coward on 2021年01月04日 3時22分 (#3952415)

        ロケット単独では1段目を含めた総重量を支えきれず、他の国のロケットのように自立することができません。
        https://otakei.otakuma.net/archives/4968429.html [otakuma.net]

        第1段ロケット4本を外部に設置した中央の第2段ロケットは軽量化の結果、構造的に第1段ロケットの重量を支えることが出来なかったため、トラス構造の頑丈な支柱に第1段ロケットが吊り上げられた状態で発射される。
        https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%BD%E3%83%A6%E3%83%BC%E3%82%BA [wikipedia.org]

      • by Anonymous Coward

        ソユーズの場合は仮に燃料フル搭載で立てて地面に置くと潰れるという話だったかな
        空の状態ではシベリア鉄道で寝かせて輸送されるけどこれも不活性ガスで加圧しているかもね

        • by Anonymous Coward

          自重でつぶれるような構造体が、なぜ重力に逆らって上昇できるの?

          • ソユーズは周囲にぶっといロケット(第1段)がついてるけど、こいつらの推力はヤワな中央ロケット(第2段)の中央よりやや上にかかってるらしい。真下から支えると潰れる構造でも、これなら潰れずに上昇できる。

          • by Anonymous Coward

            ジャッキポイントで持ち上げなかったら潰れる機械なんかいくらでもあるし

            • by Anonymous Coward

              その「機械」は重力に逆らって上昇飛行するものなのか?

              • by Anonymous Coward on 2021年01月03日 19時32分 (#3952323)

                航空機がまさにこんな感じですが。

                ボディ数カ所にあるジャッキアップポイントに
                ジャッキ掛けないと表装の複合板がボコボコになっちゃう。

                整備でウィングの上に乗る際ですら
                足の場所がマニュアルに指示されてるくらいですし。

              • by Anonymous Coward

                どんな物体でも地面に置いてある物は1Gで真上に加速してるが

            • by Anonymous Coward

              「自立できない構造物がこの世に存在する」ことは
              「自立できない構造物がロケットとして動作可能」であることとは全く別の命題だ、ということも理解できない?

    • by Anonymous Coward

      飛行中はエンジンで機体を支えるのだから底面で自立できないわけがないぞ。
      あのノズルの束をくぐらせて支えるのが合理的ではなかっただけだろう。

      • by Anonymous Coward on 2021年01月03日 22時10分 (#3952359)

        底面全体支えているわけじゃなく、発射前は最終的には地面やロケットを支える架台に接している部分が重量を受け止める。
        発射後は本体と推進部を繋ぐ箇所が推力を受け止める。
        力のかかる場所はぜんぜん違うよ。

      • by Anonymous Coward

        ソユーズの場合はブースターが頂点と底部でコアステージにぶら下がってるだろ
        片持ちになってるからエンジン推力がゼロだとコアステージのエンジンマウント付近が内向きに潰れそうじゃね?
        で、潰れたら慣性でコロリョフ十字が始まって上段が落ちて大爆発するんじゃね?

  • Super Heavy キャッチャー (スコア:3, おもしろおかしい)

    by Anonymous Coward on 2021年01月03日 12時31分 (#3952232)

    一回何億円でプレイ可能なんだろう?

    ここに返信
  • 昔、実験止まりではあるけれど英国でハリアーをクレーンを使って離着艦させるスカイフック計画があったくらいだし、技術的には可能だろうからあとはコストだろうな。

    ここに返信
  • 回収成功率が100%じゃなくても採算は取れそうな気がしないでもない

    たまに失敗して吹っ飛んでも軽量化による打ち上げ容量の増加とか考えたら、うまくいけばラッキーで失敗しても着陸脚が吹っ飛ぶだけくらいに考えてそう

    ここに返信
  • ホンダが二足歩行ロボットP2をいきなり発表するまでは、
    早稲田大学の「がーっちゃんこーん、がーっちゃんこーん」動く機械が最先端で、
    「動的歩行は難しいんですよ」の代名詞になってたけど、
    今じゃおもちゃのロボットだって重心左右に振って歩きます。

    ロケットエンジンの出力が自由に操れるようになって、
    各種センサーも高精度になって、それらを演算するCPUも充分速くなれば、
    後はフィードバック制御なので、巨大なロケットでもセンチメートルの精度で着陸できる目処っていうか、
    エンジニアの「できますよ」ってゆう根拠ある自信が蓄積されたからなんだと思う。

    #着陸時にいちばん影響あるのは風だと思うけど、ロケットくらい重いと風も空気抵抗の内なのかな

    技術の世界は「保守的おじさん」が大勢いるから、
    おじさんがやらなかった、やれなかった、やめといたことをやろうとする人には、
    やっぱり懐疑及び否定的になっちゃうけど、他人が大風呂敷広げて失敗するのも技術の進歩だし。

    #失敗の大風呂敷を広げるのではなくて

    ここに返信
  • by Anonymous Coward on 2021年01月03日 11時49分 (#3952211)

    ちょっと斜めになりすぎると倒れてしまうし、着陸脚が破損すると機体まで壊れるし。
    脚も重量があるから無ければペイロードは増やせるし、フックで釣る方が安全ともいえる。
    釣りそこなった時のリトライをどうするかくらいかなぁ。

    ここに返信
    • by Anonymous Coward

      よし、フックで釣るために軌道エレベーターを造ろう!

  • by Anonymous Coward on 2021年01月03日 12時20分 (#3952222)

    別の場所のほうがいいんじゃないか?
    じゃないと最悪打ち上げ台を壊してしまいそう。

    ここに返信
    • by hgsdrk (13085) on 2021年01月03日 18時03分 (#3952306)

      心配しなくても、実際には別の場所(というか船)になるんじゃないかな。
      第一段ロケットの着陸場所は、第一段ロケットが任務完了後の、自然な落下予定地域近くに設定されてないとメリットないので。
      例えば種子島から打ち上げるH-2ロケットだと、第一段の落下予測地域はフィリピン沖とかなので、種子島に戻ってこいとかいうと、大量の燃料を使った(=そのぶんの収益貨物量を減らした)相当な長旅になってしまう感じに。

      もちろん、spaceXもよーーーくわかってるから、着陸用パッドを乗っけた船とか用意しているわけで。本命はそっちでしょう。

    • by Anonymous Coward

      成功を考えるなら発射地点は回収プラットフォーム内の方が良いのでは。
      リスクが大きいのはその通りだが。

    • by Anonymous Coward

      まあ戻ってくるときには燃料はほぼ空に近いはずですし

  • by Anonymous Coward on 2021年01月03日 13時14分 (#3952245)

    パラシュートで軟着陸しちゃダメなんかな

    ここに返信
    • パラシュートは低速になるほど効きが悪くなるので、ロケットが傷まないような速度での着陸はきついんじゃないかな。実際、火星に着陸した探査機はパラシュートで減速後にロケットエンジンを吹かして最終減速していますし。
      あと、スーパーヘビーに対して有効な減速をするためのパラシュートの大きさも気になります。
      全長35m 直径4mのH-IIロケット第1段ですら燃料抜きの重量が12tもある。全長70m 直径9mもあるスーパーヘビーだと30tはあるだろうね。
      70kgぐらいの成人兵士を秒速5m(時速18km、ママチャリの速度)まで減速するには直径12mぐらいのパラシュートが必要っぽいので、質量と必要なパラシュート面積が比例すると仮定すると直径250mぐらい、つまり東京ドームの建物よりでかいパラシュートが必要になる。
      この時点でかなり非現実的だけど、いちおう重量も試算すると13式空挺傘主傘が18kgなので7.7t以上になるのかなあ。重い。

    • by Anonymous Coward

      パラシュートあまりスケールしないって話だったかな。
      飛行機も非常用パラシュートを用意しておけばいいというアイデアは
      うまくいかないってどっかで話題になってたな。

    • by Anonymous Coward

      スペースシャトルは着陸してからパラシュートで減速するんでしたっけ?
      アポロ宇宙船とか再突入船の部分だけならともかく、再利用できる大きさの
      宇宙ロケットだと、パラシュートで一点で吊るのは強度的にむずかしい
      (への字に折れる)とかもありそう。

      • by Anonymous Coward on 2021年01月03日 16時34分 (#3952284)

        スペースシャトルのパラシュートはドラッグレースのパラシュートと同じく、後ろから引っ張って姿勢を安定させるのが主みたいです

        ドラッグレースの上の方のクラスの車両のフロントタイヤは自転車の様な細い物が付いていて減速の役には立たないのでリアブレーキだけで減速するのですが、リアブレーキだけで本気で減速するとリアが振られてとても危険、ということでパラシュートで後ろから引っ張って姿勢を安定させています
        スペースシャトルのパラシュートも減速の役にも立ってはいるけれど、主は車輪でブレーキかける際に安定させる為の様です

        #横浜の動くガンダムをウォーカーギャリアに改造すれば腕で受け止められると思うんです

        • それ本当?出典をお願い。>姿勢を安定させるのが主
          なお、NASAの「Space Shuttle Orbital Drag Parachute Design」という技術報告書 [nasa.gov]には以下のように書かれていて、姿勢制御の安定化は一番最後のオマケ的に書かれてるけど。

          The benefits of a drag parachute on an un-powered vehicle like the Orbiter include reductions in brake energy, landing rollout, tire wear, landing gear strut loads, and sensitivity to wet runways. The drag parachute may also increase the Orbiter's tolerance to brake failures and increase directional control.
          訳:ドラッグパラシュートの利点はブレーキエネルギーの削減、着陸してから誘導路へ出るまでの距離の削減、タイヤ摩耗の削減、着陸ギヤストラットの負荷削減、濡れた滑走路に対する感度の削減がある。また、ドラッグパラシュートはブレーキ故障耐性の増加や姿勢の安定性を増加させます。

          • by Anonymous Coward on 2021年01月03日 22時32分 (#3952368)

            どうやら実際に運用していた人に聞かないと正解は分からない事柄の様なので、どちらの効果もあるとしておくのが良さそうです。
            https://iss.jaxa.jp/shuttle/overview/launch-landing/ [iss.jaxa.jp]
            >高度約600mで着陸態勢に入り、車輪を出した後、時速約350kmで両翼の車輪が接地し、垂直尾翼下側に取り付けられているパラシュートを開きます。
            >そしてパラシュートの補助を受けつつブレーキで減速し前輪が着地、完全に停止する前にパラシュートが外され、着陸となります。

            とはいえ、この動画を限りこんな小さなパラシュートでは減速にはほとんど役に立っていなさそうなのですが
            https://www.nicovideo.jp/watch/sm2395717 [nicovideo.jp]

            • NASAってスペースシャトルを実際に運用していた組織なんですが。
              また、「そしてパラシュートの補助を受けつつブレーキで減速し」という文章からはパラシュートが減速の補助になっていたと読めます。
              なお、この小さなパラシュートにより制動距離が1割以上減るみたいです(8993ft(実績値) [nasa.gov] -> 8000ft(目標値、たぶん達成している) [nasa.gov])。
              制動力はグラフから18t~4.5tぐらいはあるようなので、役に立っていると思うよ。

              • by Anonymous Coward on 2021年01月04日 2時05分 (#3952408)

                ざっくり計算しましたが、着陸時に350km/hでその時のドラッグ・シュート(パラシュート)の制動力が18t(176,400N)、オービターの重量が乾燥重量の78tとすると、ドラッグ・シュートだけだと10秒後の速度は280km/h強なので、
                ドラッグ・シュートは補助っぽいです

                #微分方程式解くのが面倒で数値的に解いたので、そこまで的はずれな数字ではないはず

              • 試算ありがとうございます。
                ドラッグシュートはチャレンジャー号事故の後に追加したもので事故以前は通常ブレーキ(+ちょっぴりエアブレーキ)だけで減速していましたし、まあブレーキを補助する程度の能力でしょうね。

              • 当初予定では付けることになっていたんですが、前記NASA資料によると初飛行の7年前である1974年に軽量化のため取り除かれていますね。
                で、1986年のチャレンジャー号事故により安全性を強化することになり、着陸シーンでの安全性マージンを向上するため1988年よりドラッグシュートの追加計画がはじまり、1992年5月のSTS-49(エンデバー)で初運用しています。
                当初はドラッグシュートのせいで機体の動きが不安定になりラダーやエルロンを大きく動かす必要があったようですが、この問題はドラッグシュートを改良した1993/9のSTS-51(実際に使われたのは1993/12のSTS-61以降)で解決しています。

            • by Anonymous Coward on 2021年01月04日 0時01分 (#3952387)

              空気抜き穴開けて水平にしてブレーキとして使うのは「ドラッグシュート」な
              そんで姿勢安定が主なのはジェット戦闘機で「スピン回復用」として使う場合
              F-4までのジェット戦闘機は知見不足で回復不能なフラットスピンに陥ることがあり
              その対策とベトナムで使うのに便利な短距離着陸装置としてよく搭載されていた

              スペースシャトルのものは接地してから展開するので姿勢安定ではなく減速のみが目的
              だいたいパラシュートだって点で接続したら安定する訳ないだろ

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日々是ハック也 -- あるハードコアバイナリアン

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