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○ソ連製ロケットエンジンNK-33

この原稿を執筆している11月18日現在、まだ失敗の原因は断定されていない。しかし、アンタレスの第1段に使われているAJ26というロケットエンジンが原因ではないか、と疑われている。

AJ26は、ソヴィエト連邦で開発、製造されたNK-33というエンジンを輸入し、アンタレス用に改修したものだ。アンタレスの第1段には、AJ26が2基装備されている。

NK-33が製造されたのは今から約40年ほども前のことだ。設計が、ではない。今回のアンタレスに使われていたNK-33が、40年前に製造されたものなのだ。

1960年代、ソ連は米国のアポロ計画に対抗し、人間を月に送り込むためにN1(エヌ・アジーン)と呼ばれる超巨大ロケットを開発したが、NK-33はその過程で生み出された。

N1開発の先頭にいたのは、ソ連宇宙開発の父とも呼ばれる人物のセルゲーイ・コロリョーフであった。N1開発がフルシチョーフ首相から許可されたのは1964年のことだったが、コロリョーフは1958年ごろから、すでに構想を暖めていたとされる。

N1は全長105m、最大直径17.0mと巨大で、打ち上げ時の質量は274tもあり、打ち上げには強力なロケットエンジンが必要であった。そこでコロリョーフは、ニコラーイ・クズネツォーフという技術者にN1用エンジンの開発を打診する。しかし、クズネツォーフと彼の設計局は航空機用エンジンの開発を専門としており、ロケットエンジンを手がけるのは初めてのことだった。

なぜコロリョーフは、ロケットに関しては門外漢だったクズネツォーフを頼らねばならなかったのだろうか。それは当時のソ連の宇宙開発の内情に原因がある。当時、コロリョーフの他に3人のキーパーソンがいた。天才的なロケット技術者のヴラジーミル・チェロメーイ、宇宙ロケットよりミサイルに強い関心を持つミハイール・ヤーンゲリ、そしてロケットエンジンの専門家ヴァレンティーン・グルシュコーだ。彼らの間では多かれ少なかれ派閥争いが起こっており、特にコロリョーフとグルシュコーとの間には個人的な遺恨もあったことから、エンジンに関して協力を得ることができなかったのだ。

クズネツォーフらによるエンジンの開発は1959年ごろから始まり、約10年の苦難の末、NK-15というエンジンを完成させる。N1は第1段に実に30基ものNK-15を使い、第2段にも大気の薄い環境に合わせて改造したNK-15Vを8基使う。

ちなみに、アポロ計画で使われたサターンVロケットは、N1と大きさや質量もよく似ているが、第1段にはエンジンを5基しか装備していない。この差は純粋のエンジンの能力の差であり、NK-15エンジンの推力が1.5MNであるのに対して、サターンVに使われたF-1エンジンの推力は6.8MNと、4倍以上もの違いがある。NK-15は航空機エンジン屋が試行錯誤の末に完成させたエンジンであったが、F-1エンジンは予算も人材も、そして時間も十分に与えられた状態で造られたエンジンであった。

N1計画が進む中で、クズネツォーフはNK-33とNK-43という、NK-15の改良型エンジンを開発した。NK-33とNK-43は、N1Fという改良型のN1で使用することを計画していたが、N1が4回打ち上げのすべてに失敗したことから、N1Fは結局造られることなく、計画はすべて中止されることになる。

N1の部品は解体されるか、公園の屋根などに転用されるなどしたが、一方ですでに製造されていたNK-33とNK-43は、価値があると判断されたためか、倉庫に保管されることになった。その後、たびたび新しいロケットに使おうとする動きはあったようだが、実現することなく、約30年もの間眠り続けた。

冷戦の終結やソ連崩壊、ロシア連邦の誕生を経て、1990年代中ごろに米国の技術者がこの倉庫にやってきた。NK-33とNK-43の総生産数は200基ほどとされるが、この時点で倉庫に眠っていた数は、正確には不明だ。ただ100基以上は残っていたとされる。

米国ではそのうちの1基を米国に持ち帰り、試験を行った。その結果、極めて高い性能を持つエンジンであることが明らかになる。前述のようにエンジンの推力自体はF-1エンジンには遠く及ばないものの、ロケットエンジンにとっての燃費のような数値である比推力と、エンジンの推力と質量との比率が高く、その数値は世界最高で、米国でさえこれに匹敵するエンジンは開発できていない。クズネツォーフは、大推力の大型エンジンを造ることはできなかったが、小型ながら高い効率を持つエンジンを造ることには成功したのだ。

そして1990年代中ごろ、米国のロケットエンジン・メーカーであるエアロジェット社は、ロシアから34基のNK-33を購入した。当時、ロシアは資金難に喘いでおり、少しでも外貨が欲しかったのだ。購入価格は1基あたり110万ドルと伝えられており、これはロケットエンジンとしては、何よりこれほどの性能を持つエンジンとしては、破格の値段だった。余談だが、当時は日本にもロシアから購入の打診が来ており、中止されたGXロケットの第1段に使うという構想もあったという。

事故後の報道では、AJ26はNK-33を「改良」したエンジンだとするものもあったが、実際のところNK-33には、アンタレスに装着するために電気系統などに手を入れ、またエンジンを振って推力の方向を変えるためのジンバル機構を装着するなどの改修が行われただけで、「改良」という言葉から連想されるような、例えば米国の技術でエンジンの性能を向上させる、といったようなことは行われていない。つまりNK-33をそのまま使っているといってよい。

40年来のエンジンをそのまま使うということに対しては、その間に部品が腐食するなど、劣化しているのではないかという懸念がなされてきた。40年の間の保管状態がどの程度のものであったかは明らかにはなっていないが、おそらく万全ではなかったはずである。

また、今回の事故との関連は不明だが、2011年6月9日にはAJ26の燃焼試験中に、燃料漏れによる火災事故が起きている。さらに今年5月22日には試験中に爆発し、エンジンが全損する事故も起きている。後者の事故に関する詳細は発表されていないが、やはりエンジンに問題があったとされる。

今回の失敗では、おそらくはエンジンのターボポンプが原因ではないかとする説が濃厚となっている。ターボポンプはその名のとおりポンプ、つまりロケットの推進剤をロケットエンジンの燃焼室に送り込む役割を持つ。燃焼室は高い圧力になるため、そこに推進剤を送り込むためには、燃焼室よりもさらに高い圧力で押し込んでやらなければならない。そのためにポンプを駆動させるタービンは猛烈な勢いで回転する。少しでも欠陥があれば、そこから爆発的に破壊が始まる。

ただ、仮に部品の腐食や劣化が原因であったとしても、アンタレスに搭載される前に試験や検査を受けており、なぜそこで見抜けなかったのか、という問題もある。

(次回は11月22日に掲載します)

参考・・・・・

(鳥嶋真也)