次世代ロケットで注目される液化メタン推進系とは｜特徴と関連企業を解説
再使用型ロケットや低コスト打上げへの関心が高まる中、液化メタン推進系は、次世代ロケットを支える重要技術として世界的に注目されている。
本記事では、液化メタン推進系とは何か、再使用型ロケットや低コスト打上げと相性が良い理由、液化メタン推進系に関わる企業について解説する。
目次
液化メタン推進系とは
液化メタン推進系とは、燃料に液化メタン、酸化剤に液体酸素を使用する液体ロケットの推進システムである。なお、ロケットによっては、メタンを主成分とする液化天然ガスを燃料として使用する場合もある。
液化メタン推進系で使われる液体ロケットエンジンは、燃料と酸化剤をエンジン内で燃焼させ、発生した高温・高圧のガスを噴射することで推力を生み出す。液化メタン推進系では、この燃料にメタン系燃料を用いる点が特徴である。
液化メタン推進系のメリット・デメリット
従来、液体ロケットエンジンの燃料には、ケロシンや液体水素が広く使われてきた。各燃料と比較した際の液化メタンの主なメリット・デメリットは以下の通りである。
ケロシンは扱いやすく運用実績も豊富だが、燃焼時にすすや残留物が発生しやすく、再使用を前提とする場合にはエンジンの点検や整備の負担が課題になりやすい。
また、液体水素は高い性能を持つ燃料だが、非常に低い温度で管理する必要がある。さらに、密度が低いため大きなタンクが必要になりやすく、機体や地上設備が複雑化しやすい。そのため、運用コストを抑えるうえでは課題もある。
こうした課題に対し、液化メタンは、ケロシンに比べて燃焼時の残留物が少なく、液体水素に比べて温度管理や貯蔵の面で扱いやすい燃料として注目されている。さらに、メタンは天然ガスの主成分であり、比較的入手しやすいというメリットもある。そのため、再使用型ロケットや打上げコストの低減と相性が良い燃料として、世界各国で開発が進んでいる。
一方で、液化メタンも常温で保管できる燃料ではなく、低温で液体の状態を保つ必要がある。また、ケロシンや液体水素を使うロケットエンジンに比べると、液化メタン推進系の運用実績はまだ限られている。大型ロケットや再使用型ロケットで本格的に使うには、燃焼安定性、部品の信頼性、繰り返し使用を前提とした整備性などを高めていく必要がある。
液化メタン推進系に関わる主な企業
液化メタン推進系は、すでに世界の主要ロケット企業が採用を進めている。ここからは、その代表的な企業を紹介する。
SpaceX
液化メタンエンジンの代表的なものの一つが、SpaceXのRaptorエンジンである。
Raptorエンジンは、SpaceXが開発する超大型ロケットであるStarshipに搭載されている。Starshipは、Starship宇宙船とSuper Heavyブースターで構成される完全再使用型の輸送システムとして開発が進められており、Raptorエンジンは宇宙船、ブースターの双方に搭載されている。
Raptorエンジンは、Starshipの再使用構想を支える重要な技術の一つであり、液化メタン推進系を大型再使用ロケットに採用する代表的な事例といえる。
Blue Origin
Blue Originが開発するBE-4エンジンも、メタン系エンジンの代表的な事例である。
BE-4は、Blue Originが開発するNew Glennロケットの再使用型ブースターに搭載されているほか、United Launch Alliance社のVulcanロケットの第1段にも搭載されている。
このようにBE-4は、複数の大型ロケットで機体を地上から持ち上げる主要エンジンとして採用されており、メタン系エンジンが大型ロケットの基幹エンジンとして使われていることを示す事例といえる。
LandSpace
中国の商業宇宙企業LandSpaceは、液化メタン推進系を使用したロケット「朱雀2号」を開発している。
朱雀2号は2023年7月に2号機で軌道飛行に成功。LandSpaceは、この打上げについて、メタン燃料ロケットとして世界初の軌道飛行成功だとしており、液化メタン推進系を採用したロケットの実用化という観点で世界的に注目を集めた。
インターステラテクノロジズ
日本では、インターステラテクノロジズ株式会社が、家畜ふん尿由来のバイオガスから製造される液化バイオメタンを使用する小型衛星打上げロケットZEROの開発を進めている。
インターステラテクノロジズは、燃料としての性能だけでなく、調達性や環境性も踏まえて液化バイオメタンを採用している。液化メタン系燃料が再使用型ロケットや低コスト化の文脈で語られることが多いなか、同社の取り組みは、地域資源を活用した燃料調達や、持続可能なロケット燃料の利用という点でも特徴がある。
SUIHO SPACE INNOVATIONS
株式会社SUIHO SPACE INNOVATIONSは、液化メタン推進系に特化した部品開発や試験設備の構築支援に取り組む企業である。
具体的には、液化メタン推進系に関わる点火器やガスジェネレーターなどの開発を進めており、10トンクラスのガスジェネレーターについては、100回以上の燃焼試験で性能を実証している。今後は、メインバルブ、制御バルブ、TCA、ターボポンプなどの部品についても提供予定だ。
また、SUIHO SPACE INNOVATIONSは推進系部品だけでなく、燃焼試験設備の構築や試験運用の支援にも取り組んでいる。同社は、試験設備の準備から運用、計測・制御、データ化までを支援することで、液化メタン推進系の開発を進める企業を支える役割を担っている。
さいごに
液化メタン推進系は、再使用型ロケットや低コスト打上げの実現に向けて、重要性が高まっている推進技術である。まだ開発・運用面での課題はあるものの、世界ではすでに主要ロケット企業が採用を進めており、実用化の流れは着実に広がっている。
今後、液化メタン推進系の実用化がさらに進むには、ロケット本体やエンジンを開発する企業だけでなく、推進系部品や燃焼試験設備、試験運用を支える企業の存在も欠かせない。液化メタン推進系は、次世代ロケット開発を理解するうえで、今後も注目すべき技術領域といえる。
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