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Relativity、次世代ロケットで中・大型ペイロードカテゴリーを狙う「Terran R」の最新市場開拓手法を発表

Terran R

Relativity、次世代ロケットで中・大型ペイロードカテゴリーを狙う「Terran R」の最新市場開拓手法を発表。ロケットを初めて3Dプリントし、世界最大の金属3Dプリンタを構築した企業である Relativity Space は2023年4月12日、再利用可能な3Dプリント中・大型リフト軌道ロケットの「Terran R」の計画を明らかにしました。

世界初の3Dプリンターによる宇宙往還ロケットである「Terran 1」プログラムを通じて蓄積された7年以上の経験、学習、そして勢いを基に、相対性理論は、大きく成長する市場の需要に応えるために「Terran R」への集中を加速しています。「Terran R」は、地球から月、火星、そしてその先の宇宙まで、ポイント・トゥ・ポイントの宇宙貨物船を顧客に提供し、人類の多惑星の未来を築くという、Relativity のミッションへの大きな飛躍を意味しています。

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Terran R のアーキテクチャ

Terran R のアーキテクチャ

Terran R は、直径18フィート、ペイロードフェアリング5メートルの高さ270フィートの2段式ロケットで、LEO、MEO、GEO、さらにその先へペイロードを送る民間企業や政府機関のニーズを満たすよう設計された顧客中心型の次世代ロケットです。

Terran R のアーキテクチャは、加速度的な開発を可能にし、顧客に対して急速に拡大する打ち上げシーケンスを提供する能力を持っています。Terran R は、第1段の再利用性を優先し、地球低軌道（LEO）へ23,500kg、または地球同期移動軌道（GTO）へ5,500kg、いずれもダウンレンジ着陸、あるいは消耗品構成でLEOへ最大33,500kgまで打ち上げられる能力を備えています。

機体への水平統合は、標準的なペイロードアタッチフィッティング（PAF）インターフェースによってサポートされ、ペイロード統合構成は、星座衛星のクラスター、単一の大型衛星、またはその他のユニークな宇宙船に対応します。Terran R は2026年から、フロリダ州ケープカナベラルにある同社の軌道上発射場、Space Launch Complex 16 から打ち上げられる予定です。

Terran R は、3Dプリンターで製造されたロケットで、初期バージョンではアルミニウム合金のタンク直管を使用したハイブリッド製造方式を採用しています。これにより、レラティビティ社は、16億5000万ドルの打ち上げサービス契約（LSA）の契約済み顧客バックログや数億ドルのアクティブ顧客LSA対話へのサービスなど、圧倒的な市場需要への対応に必要な迅速な打ち上げとランプレートのタイムラインを満たすことができます。

Terran R の3Dプリント技術は、Terran 1 で3Dプリントロケットの実現可能性を証明した後、大規模な積層造形で何が可能かを再定義することに引き続き注力しており、車両の複雑さを軽減し、製造性を向上させるために戦略的に使用される。しかし、20回の再使用を超える軌道上輸送機のミッションライフの性能を向上させるために設計された第3世代のアルミニウム合金が活発に開発されており、人工知能ベースの合金発見ツールの支援によって加速されています。

Terran R の第1段には、3Dプリントされたガス発生器サイクルのイオンR LOx/メタンロケットエンジンが13基搭載され、それぞれ海面推力25万8000ポンドを発揮し、第2段にはLOx/メタンイオンVacエンジン1基（真空推力27万9000ポンド）が搭載されています。

これらのエンジンは、相対性理論が酸素とメタンの推進剤を組み合わせたガス発生器エンジンと車両ステージを開発した先進的な経験を活かしています。第1段のエンジン構成は、4つの着陸脚の下に並んだ4つの外側固定エンジンと、9つの中央ジンバルエンジンからなり、エンジンアウト機能により、車両上昇時の信頼性を高めています。

Terran R ステージでは、LOx推進剤タンクはメタンタンクより前方にあり、印刷された共通ドームで仕切られています。サブクール極低温推進剤は、性能目標を達成するためにサブクールが必要ない第1段液体酸素システムを除く、機体のすべての部分で使用されています。両段とも極低温ヘリウム加圧システムを採用し、エンジン非稼働時にアレッジの崩壊を抑えてプレスの威力を高めることができる。また、自社開発の空気圧プッシャー式ステージ分離システムも搭載しています。

Terran R は、ほぼ胴体の長さの2つのエアロストレーキ、4つのユニークなスライダー機構付き着陸脚、4つの印刷された作動グリッドフィンを備えています。これらの特徴は、第1段の再利用性を最適化し、他の再利用可能なアーキテクチャと比較して、より大きなペイロードを軌道に乗せ、より低いコストで、顧客のために迅速にスケーリングされた打ち上げケイダンスを可能にします。

Terran R の革新的な第1段アーキテクチャは、再突入燃焼に必要な推進剤を削減する高攻撃角の再突入、再突入の安定性と制御権限の向上のための空力設計、エレガントでシンプル、軽量で操作性に優れた受動的に作動する着陸脚展開システムにより、迅速な再利用を可能にします。

また、18フィートの直径は、着陸脚の必要性を低減し、車両の安定性を向上させます。Terran R は、自社開発のアビオニクスとフライトソフトウェアに加えて、電気機械式アクチュエータ（EMA）をベースとしたエンジンの推力ベクトル制御（TVC）システム、グリッドフィンの制御にもEMAを使用しています。また、機体後端には再使用を前提とした再突入用熱シールドを装備しています。

Aeon R (イオンR) エンジン設計

Aeon R (イオンR) エンジン設計

Terran R の3DプリントによるイオンRエンジンは、液体酸素と液体メタンの推進剤を使用し、再利用性が高く、2つのターボポンプを駆動する独自の高圧ガス発生サイクルを特徴とする設計となっています。相対性理論が自社で設計・製造するイオンRエンジンは、先行するイオン1エンジンの開発に基づき、添加物製造技術の大幅な進歩によって製造されます。

この新しい3Dプリント技術は、より高い推力クラスのAeon Rエンジンに必要なスケールを可能にし、多くのエンジン要素を統一したプリントに合理化する「シンプルなノード」の設計とプリントによって、部品点数の削減を引き続き推進します。この革新的な設計手法は、コスト削減、エンジンの複雑さの軽減、より高い堅牢性、迅速な反復、そして顧客にサービスを提供するために必要な生産スピードと規模をサポートします。

イオンRは、過去2年間、重要な開発とテストに取り組んできました。イオンRは、相対性理論の Terran 1 ロケットに搭載されている小型の前身、イオン1の遺産を活用しています。イオン1からイオンRへ、同じように熟考された推進システムアーキテクチャの決定の多くを移行することで、反復的な設計が可能になり、イオンRのテストプログラムの大部分を迅速に進めることができました。

2022年半ばから、Relativity はNASAステニス宇宙センターで、メインスラストチャンバーアセンブリ（TCA）、ガス発生器（GG）、ガスガス点火システムなど、すべてのイオンR燃焼デバイスをフルスケールで、高い燃焼効率で100％出力する試験を実施中である。エンジンのアクティブバルブはすべて自社開発で、すべてのバルブが生産され、作動に成功し、開発試験中である。2023年2月、同社はイオンRエンジンの最初のフルビルドを完了し、今年のフルエンジンテストに先立ち、今後数カ月でターボポンプのテストを開始する予定です。

初日から再利用性を考慮した設計

初日から再利用性を考慮した設計

Terran R は、初日から意図的に再利用可能なように設計されています。同社は、すぐにでも20回の再利用が可能なように機体の主要部分を設計するつもりで、再利用性の基準を戦略的に開発し、飛行データから迅速に学習して、連続した機体ブロックのアップグレードを通じて継続的に改善します。

中・大型ペイロード市場における緊急性、破壊性、関連性、多様性のある打上げ供給という顧客のニーズに焦点を当て、まずは第1段の再利用を最適化することを優先させることにしました。Terran R の初期飛行は、お客様のペイロードを確実に軌道に乗せることを目指します。そして、上昇、Max-Q、MECO、ステージ分離、第2ステージ点火の後、お客様のペイロードが軌道に乗った状態で、第1ステージは突入、着陸、再利用の旅に出ます。

第1段の再利用プロセス

Terran R の第1段は、ステージ分離後まもなく、冷ガス反応制御システム（RCS）を用いてスローフリップマニューバを行います。グリッドフィンが展開し、その後エンジンを点火して突入燃焼を行い、速度を落とし、ピーク負荷と加熱を低減します。機体のエアロサーフェスやストレイクは、突入時に高い迎角が得られるように独自に設計されています。これにより、突入燃焼に使用する推進剤を少なくして再利用するためのペイロードペナルティを低減しています。

さらに、独自の空力特性により、機体周囲の流れの分離を制御し、より安定した突入プロファイルを実現します。Terran R は、グリッドフィンを制御して大気圏に突入するように設計されています。その後、着陸燃焼のためにエンジンを点火し、脚部スライダー機構を開くよう指令を出し、空気力学の助けを借りて受動的に展開させます。その後、第1段は海上のダウンレンジシップにタッチダウンします。第1段は再突入を終えた後、ケープカナベラルから次の飛行に向けて検査、改修、再認証を受けます。

市場の需要に応える

Relativity は、顧客中心のロケット会社であり、現在、そして将来の打上げサービス市場の需要に応えるべく、テランRの設計・製造に直接取り組んでいます。Terran R は、現在の市場に代わる魅力的な選択肢を提供し、信頼性が高く費用対効果の高い中・重量物打上げサービスを求める顧客にとって最良の選択肢となることを目的としています。商業的な可能性を証明するものとして、現在、Relativity は7つの顧客で16億5000万ドル以上の打ち上げサービス契約（LSA）を結んでおり、明確な市場リーダーシップと、顧客のニーズを解決する Terran R の能力に対する強い信念を示しています。

衛星技術の進歩、帯域幅の需要の急増、2030年までに年間300億ドル以上の市場規模が見込まれる衛星コンステレーションは、成長する打上げ市場の中で最も大きな部分を占めています。Terran R は、様々なニーズに対応するために、適切な市場適合性を提供するペイロードフェアリングにより、コンステレーション顧客や単一の静止衛星の専用ペイロード配備から、1回の打上げで複数の顧客のためのライドシェア構成までの使用例をサポートします。

Terran R のインフラ構築

Terran R の生産拠点は、カリフォルニア州ロングビーチにある、第4世代の Stargate 3D金属プリンターが設置されている100万平方フィートの相対性理論本社となる予定です。この1つの工場で生産する場合、年間45機以上の Terran R を初期生産し、飛行させることができると同社は予測しています。

Terran R のステージとエンジンのテストは、ミシシッピ州のNASAステニス宇宙センターにある Relativity のテスト施設で行われる予定です。2022年10月に発表されたリラティビティは、車両の生産と打ち上げのケイデンスが高まるにつれて大量のTerran R テストをサポートするため、150エーカーを超える拡張地に新しいテストスタンドとインフラを追加で積極的に構築しています。

Terran 1 の開発から再利用された Relativity のE2とE4の各サイトにある複数のテストエリアに加え、新しいデュアルベイ垂直エンジン試験スタンドの完成が2023年秋までに予定されています。また、ケープカナベラルの宇宙空軍基地にある軌道上発射場「Space Launch Complex 16」を活用し、既存の Terran 1 の試験・発射施設に隣接して第二発射台を建設する予定です。ロングビーチで製造と初期構造確認試験を終えた Terran R は、パナマ運河を経由してミシシッピ州で試験、その後フロリダで打ち上げられる。再利用されたブースターはフロリダに留まり、追加打ち上げのために迅速に改修されます。

引用元

Relativity Space の共同設立者兼CEO、Tim Ellis は以下のように述べています。

私たちの会社としての第一章は、3Dプリントロケットが実現可能であることを世界に証明することでした。私たちの第2章は、Terran R で次の偉大なロケット会社を作ることです。

Terran R は、最も顧客志向の強い次世代ロケットです。これは従来のロケットではありません。これは、ペイロード性能、信頼性、開発スピードの重視、再利用性の最適化、打ち上げランプレートの拡張性の重視、そして最終的にはコスト削減を、初日からアーキテクチャ設計とプログラムプランに組み込んだ新しいタイプのロケットです。

Terran 1 はコンセプトカーのようなもので、時代を先取りした価値ある新技術を数多く開発し、可能性の境界を再定義しました。Terran R は、これらの “コンセプトカー” の開発を完全に成熟させ、Relativity が破壊的で多様なプロバイダーとなり、新しい乗り物で顧客の中型から大型のリフト打ち上げ市場のギャップを以前より早く解決できるようにするからこそ、驚くべき大衆向け、膨大な需要の製品なのです。

Iridium (イリジウム) のCEOであるマット・デッシュは、以下のように述べています。

Iridium チーム全体は、3Dプリントロケットの実現可能性を証明する歴史的な初打ち上げを行った Relativity を祝福します。Iridium が知っているように、宇宙で成功するには、努力と革新と忍耐が必要です。私たちは、将来予想される打ち上げ要件により合致した Terran R の完成に向けた彼らの移行を賞賛します。我々は、相対性理論の継続的な成功と、彼らが業界全体にもたらす新しい可能性を見ることを楽しみにしています。

OneWeb の最高技術責任者である Massimiliano Ladovaz は、次のように述べています。

OneWeb では、イノベーションを重要視しており、その価値観を共有するパートナーと仕事ができることに興奮しています。我々は、Terran R を市場に送り出すために、彼らが次の進化を遂げるのを待ちきれません。

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