kfujitoの徒然（ｂｙ浮沈子）

ハードウェアで上がりソフトウェアで落ちる：落としてみるのが開発の早道


推進軸方向に長い鉛筆型ロケットは、わずかなモーメントが掛かれば軸の周りに回転を始める。

放っておけば、回転は加速し、ロケットは分解して吹っ飛ぶ。

小型ロケットの場合、わざと回転を与えて、推進軸を安定させる手法も採られるんだろうが、大型ロケットではそんなことはしない。

アトラスＶだって、ファルコン９だって、回転などせずに真っ直ぐ上がっていく。

回転を放置すると、別の問題も出てくる。

前後バランスの問題もあるが、前後方向の重心の周りに、味噌擂り運動を始める。

こうなると、もう、まともな打ち上げは望めない。

破壊指令を出して、自爆するしかない。

通常は、こういう事態にならないように、ロール制御とかヨー制御とかを行って、ロケットが真っ直ぐに上がるように姿勢を調整する。

噴射の向きを変えたり、小さな補助ロケットを吹かしたりして良きに計らう。

巨大な推力を短時間でビミョーに制御するわけだから、人間が管制室からリモコンでウニウニするわけにはいかない。

概ね、しこたまセンサー積んで、そのデータを解析し、ロケットに搭載されたコンピューターでシコシコ計算して、アクチュエイターや補助ロケットの点火を指示する。

反応が出て、向きや回転が止まるまでにはタイムラグもあるだろうから、そのへんも塩梅しなければならない。

最小の投資で最大の効果を狙う。

適切な介入が行われなければ、修正が追い付かなかったり、逆に振動を誘発して収拾がつかなくなるからな。

それを見越して、制御プログラムは書かれているに違いない（浮沈子は専門家ではないので詳細は分かりません）。

ロケットは、ハードウェアだけでなく、ソフトウェアがなければ飛ばない。

尻に火を点けて、不安定な状態で上昇していくわけだから、静的安定性など望むべくもない。

そんなものは、最初からないのだ。

もちろん、ただまっすぐ上に上がればいいというものではない。

高度を上げながら、徐々に水平近くに傾け、空気が薄くなったころを見計らって、１段目を切り離して軽くし、真空中推力の大きい巨大なノズルを付けた２段目のエンジンに点火するのだ。

ここまでくればしめたものだ。

大気の影響はほとんどなくなるし、エンジンの推力も１段目と比べて小さいから制御も楽ちん（そうなのかあ？）。

まあ、たまにトラブることもあるけど、１段目の失敗に比べて確率的にも小さいだろう（未確認）。

１段目で失敗してしまえば、２段目の隠れた瑕疵はバレずに済んでいるということもあるかも知れない。

まあ、どうでもいいんですが。

雑駁な浮沈子の認識が正しいかどうかはともかく（そんなあ！）、アストラというロケットが飛んだ（落ちた？）記事が出ている。

（ソフトウェアの修正により、Astraは年末までに新たなローンチの試みに位置付けられる）
https://spaceflightnow.com/2020/09/14/software-fix-could-position-astra-for-another-launch-attempt-by-end-of-year/

「しかし、私たちの誘導システムはフライトにわずかなロール振動を導入するようでした。それにより、車両は計画された軌道からドリフトし、地面が飛行安全システムを介してエンジンの命令されたシャットダウンを発行しました」

小型打ち上げロケットの場合、燃焼停止を指示するだけで、安全に落とすことができるようだ。

「2016年に設立されたAstraは、エンジニアがテストおよび飛行データを使用してロケットの設計を調整する反復プロセスを使用して、小型衛星ランチャーを開発しています。」

地上試験を繰り返し、万全を期して打ち上げに臨もうとしているＨ３とは対照的に、アストラは打ち上げては落とし、落としては打ち上げる中で高速反復開発を行おうとしている。

（アストラはついに最初の軌道ロケットを発射し、30秒間飛行した）
https://arstechnica.com/science/2020/09/astra-finally-launches-its-first-orbital-rocket-and-it-flew-for-30-seconds/

「データの予備的な検討に基づいて、アストラの当局者は、問題はロケットの第1段階のハードウェアの問題ではなく、フライトソフトウェアの問題が原因で発生したと考えていると述べました。」

ロケットは、ハードウェアで飛び、ソフトウェアで落ちたわけだ（そういうことかあ？）。

「同社の哲学は、ロケットを迅速かつ低コストで開発する最善の方法は、飛行中のブースターをテストすることであるということです。」

「ロケットのパフォーマンスに関するデータを取得する最良の方法は地上で無限のシミュレーションを実行することではなく、ガイダンスとナビゲーションシステムのテストでロールの問題を見逃したためではなく、飛行中のハードウェアをテストすることで、失敗が予測されると述べた。」

飛ばしてみなけりゃ（落としてみなけりゃ？）分からんだろう？。

まあ、Ｓ社は地上でも（アモス６）空中でも（ＣＲＳ７）ぶっ壊して開発しているけどな。

ファルコン１では、同じ様に打ち上げ失敗を繰り返し、４回目で初めて成功している。

（ファルコン1）
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%83%AB%E3%82%B3%E3%83%B31

「第４回打ち上げ：
・2008年9月28日
・擬似ペイロード - 重量シミュレーター, 165kg
・初の打ち上げ成功、ペイロードは予定の軌道に投入され、データを収集した。」

「第５回打ち上げ：
・2009年7月14日
・RazakSAT（リモートセンシング衛星）, 180kg
・初の商業打ち上げ成功、衛星は正常に軌道投入された。」

「第一回打ち上げの失敗：
・・・失敗の原因が燃料漏れであると発表」

「燃料漏れの原因は燃料パイプのアルミ製のナットが打ち上げ時に何らかの要因で破損したことが原因」

ナットらんな（さぶっ！）。

その後、Ｓ社は小型ロケットによる打ち上げ市場から撤退する。

（アストラのロケット
https://en.wikipedia.org/wiki/Rockets_by_Astra

「ロケット3：
・・・500キロ（310マイル）に25〜150キロ（55から331ポンド）のペイロード容量を有する太陽同期軌道」

ファルコン１よりもやや軽いが、１段目にはデルフィンエンジンを５基円周上にクラスターにして使うなど、先進的な設計を行っている。

（アストラ、DARPAの打ち上げチャレンジをスクラブ）
https://www.nasaspaceflight.com/2020/03/astra-darpa-launch-challenge/

「「ロケット3.0」という名前の現在のロケットは、2ステージ、5エンジン、灯油、液体酸素を動力源とするロケットです。第1ステージエンジンのポンプは、ロケットラボのエレクトロンロケットのラザフォードエンジンと同様に、電気モーターで駆動されます。」

「イルカのようなギリシャの海の神にちなんで「デルフィン」と名付けられた第1ステージエンジンは、他の5エンジンの配置とは異なる五角形のパターンで配置されています。」

ほほう、モーター駆動のエレクトロンと同じか。

「Rocket 3.0は、シンプルで簡単に作成できることを目的としています。そのタンクはアルミニウムでできており、ロケットラボ、ファイアフライ、ベクターの車両に見られるカーボンファイバーよりも重くはありますが、安価で取り扱いが簡単です。」

米軍は、タイムリーに小型衛星を軌道投入できるロケットを模索している。

サイズは様々だが、安くて早く確実に起動できることを求めている。

平時から飛ばして継続的に監視する体制と、有事に緊急に飛ばして集中的に監視する体制の組み合わせを求めている気がする。

そうすることによって、効果的な資源配分と高度な監視が可能になると考えているんだろう。

それを満たすことができるロケットは、複数あることが好ましい。

打ち上げ能力も、ある程度以上でバリエーションがあっていい。

監視衛星だけじゃないかもしれない。

衛星攻撃衛星とかも、たぶん想定している。

物理的に壊さなくても、近くに寄って通信や観測を妨害するなどは可能だ（もうやってるかも）。

そういう話なら、低軌道で軽量な衛星でも十分だろう。

まあ、そのうち、その衛星妨害衛星を妨害する衛星とかもできるかもな（いたちごっこ・・・）。

まあいい。

小型打ち上げロケットは、特定用途に絞り込まれたニッチな手段だ。

民間需要がどのくらいあるかは分からないけど、そして、大型ロケットの相乗り（スターリンクとか）には絶対的に対抗できないけれど、リラティビティのように、好きな時に好きな軌道に上げられるという価値は固有のものだ。

特殊用途と、軍需に支えられ、世界では多くの小型ロケットが模索されている。

（中国の小型衛星ランチャーが失敗する）
https://spaceflightnow.com/2020/09/12/chinese-smallsat-launcher-fails/

「Kaiaizhou 1Aロケットは、440ポンド（200キログラム）のペイロードを高さ435マイル（700キロ）の軌道に打ち込むことができます。」

今回の衛星が、どのくらいだったかは分からないが、打ち上げが成功するかどうかは時の運だ（そうなのかあ？）。

「土曜日の打ち上げは、2017年以来の10フライトでKuaizhou 1Aロケットの最初の失敗でした。Kaiaizhouファミリーというより強力な変形であるKuaizhou 11は、7月の最初の打ち上げに失敗しました。」

今年、２６回の最大の打ち上げ機数を誇っている中国は、４回の打ち上げで失敗しているという。

失敗の原因は、ほぼ公表されない（当事者にも分からないままかも）。

責任者の首が飛び（ソフトウェアの改修！）、同じハードウェアのロケットが再び上がる（そうなのかあ？）。

時の運だからな、首になっても諦めてもらうしかないな・・・。