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SR-71後継機種は極超音速SR-72、ただし配備は2030年代に

Exclusive: Skunk Works Reveals SR-71 Successor Plan

By Guy Norris guy.norris@aviationweek.com
Source: AWIN First
aviationweek.com November 01, 2013

ロッキードSR-71ブラックバードが米空軍から退いてほぼ20年、その間一貫して、同機の後継機種として新世代の高速機がいつあらわれるのか、が疑問だった。
  1. だが答えが表に出てきた。長年の沈黙を破りロッキード・マーティンのスカンクワークスが長年にわたり暖めてきた同社がいうところの手が届く価格の極超音速情報収集監視偵察(ISR)兼攻撃用機材開発計画が存在し、早ければ2018年にも実証機の飛行が予定されていることをAW&ST独占記事として明らかにできることとなった。SR-72の呼称で双発エンジンでマッハ6巡航飛行が可能な機体はSR-71の二倍の速度となる。さらにオプションで地上目標を攻撃することも可能。
  2. 米空軍の極超音速機開発ロードマップにより、SR-72は情報収集衛星、亜音速有人機、無人機でSR-71を代替する目論見だった機動性情報収能力の不足分を埋めるべく企画された機体だ。脅威となる対象が機動性を高める一方、一層高度な防空体制を整備する国が現れ、情報収集衛星の上空飛行予定が解明されて対策をとり、領空侵入は困難になっている現状がある。
  3. 高高度からマッハ6で侵入すれば、ロッキード・マーティンが「スィートスポット」と呼ぶ空気取り入れ式極超音速機として生存し帰還する可能性があるが、音速機では無理だ。さらに兵装を運べば敵目標を迅速に攻撃する能力が実現する。
  4. 今までもSR-71後継機の開発が極秘に進んでいるとの情報があったが、確たる証拠が出てこなかった。極秘開発の世界でははよくあることだ。高速ISR能力の軍事上の必要性に疑念をいだく向きは少数派でも、天文学的な開発コストを考えると構想実現は不可能と思われていた。
  5. だが、ロッキード・マーティンはその答えがあるという。「スカンクワークスはエアロジェットロケットダイン Aerojet Rocketdyne  と共同し過去7年間にわたり既製タービンとスクラムジェットを組み合わせマッハ6以上の速度を実現する技術を開発してきました。このアプローチでHTV-3Vができましたが、今回はそれ以上の性能を実現するため、高速タービンエンジンという課題に挑戦したわけです」と解説するの空気取り入れ式極超音速技術を担当するブラッド・リーランド Brad Leland, portfolio manager for air-breathing hypersonic technologies だ。彼が言及しているのは米空軍と国防先端技術研究開発庁(Darpa)が共同開発した再利用可能極超音速技術実証機のことで、2008年に中止になっている。
  6. 再利用可能極超音速機の構想はDarpaのファルコン計画の延長で生まれた。ファルコンは小型打ち上げ機、共通飛翔体 common aero vehicles (CAV) および極超音速巡航飛行体 hypersonic cruise vehicle (HCV) で構成し、ロッキード・マーティンに無動力の極超音速飛行テスト機体 hypersonic test vehicles (HTV) の製作予算を交付していた。
  7. だが開発途中で、2004年の宇宙開発計画再構築の余波を受けてNASAが極超音速飛行研究のほぼ全部を取りやめ、X-43Cコンバインサイクル推進実証機も中止になった。DarpaのHTV開発はそのため三番目の機体を追加し、HTV-3Xは滑走路からターボジェットで離陸し、スクラムジェットでマッハ6に加速し、地上に帰還する構想だった。
  8. HTV-3Xの次の実証機はブラックスイフトと呼称され結局実現しなかったが、その構想設計から「数点の成果が出ているが、公表を控えていた」とリーランドは説明する。
  9. 飛行制御システムでめどがついたことなど基礎ができたのでロッキード・マーティンは風洞テストで離陸速度を下げ、機体制御が可能なことを確認していた。
  10. .スカンクワークスの設計部門がタービンを利用したコンバインサイクル turbine-based combined cycle (TBCC) による実用的な推進システムを開発した。「ターボジェットからラムジェットに切り替え、その逆に戻す技術を開発したのです。テストを多数実施し、モード切替技術を実証しました。」とリーランドは回想する。スカンクワークスはTBCCの縮尺モデルで地上テストを実施し、小型高マッハ飛行可能なターボジェットと切り替え式ラムジェット/スクラムジェットを搭載し非対称形の空気取り入れ口と排気口を二つ備えていた。
  11. そのころ米空軍の研究本部では平行しHiSTED(高速タービンエンジン技術実証)が進められていたが、小型ターボジェットでマッハ4を実現する技術開発に失敗。そのためスカンクワークスは通常型タービンエンジンの限界マッハ2.5とラムジェット/スクラムジェットのマッハ3から3.5の間をどうつなぐかという課題に直面していた。
  12. HTV-3X終了後は研究がさらに進展するはずだったが、やがて退潮となったのはTBCCエンジンモデルが2009年ごろ完成したためだ。そこでロッキード・マーティンはエアロジェット・ロケットダインと「これは製作可能だろうか、何がまだ足りないのかを話し合い」その後7年間にわたる共同開発を続けてきた。
  13. 両社はついに設計上の突破口を開き、SR-71後継機種として意味ある極超音速機の開発が可能となった。「できあいの戦闘機用エンジンF100やF110を使い開発を始めました。ラムジェットを改良して離陸速度を遅くすることがこの機体の実現の鍵で、実用度を上げるとともに開発期間を短縮し、価格も低くできるわけです」(リーランド)「仮にHiSTEDエンジンが実現していても、ブラックスイフトが飛行に成功していたとしても、結局タービンの大型化が必要となっていたはずで、それだけで数十億ドルもかかっていたでしょう」
  14. .ロッキードは推力のつなぎをどう解決したかを明らかにしていないが、リーランドは「当社は他社ではできないことをめざします」とし、これ以上の詳細は口にできないという。ただし、構想案には大型の縮小モデルでのテスト実施段階まで技術が成熟化したものもあったと判明している。その際の検討課題は推力を増大させるために大量の低温空気流を確保することだった。他にも「ハイパーバーナー」としてアフターバーナー機能に加え加速するにつれラムジェットになる機構もエンジン出力増の方法として検討している。エアロジェットは今年に入りロケットダインを吸収合併しているが、ロケット補助動力つき排出機構でマッハ6までスムースな加速が可能と提案していた。
  15. .この推力補助案の詳細は不明だが、リーランドによれば推力切り替えを成功させる鍵は空気取り入れ口にあるという。ラムジェット用とタービン用それぞれの圧縮機を安定して並行に作動させるためだという。
  16. ロッキードは部品レベルの縮小テストを実施している。「次の段階はテストを終了し、実証に移ること」とリーランドは解説する。「実証の準備は進行中で2018年に実証機の飛行を開始するだろう。これにより実機の製作とテストが始まることになる。現時点で必要な技術は開発済みだ。ただ極超音速飛行にはいつもお金がかかりすぎる、大規模技術かつ珍奇だという固定観念が障害になっていますね」
  17. 2018年目標は高速打撃兵器 high-speed strike weapon (HSSW) と呼ぶ米空軍とDarpaによる極超音速ミサイル開発計画の工程表から決められたもの。「今からでも重要な実証項目を試すことができますが、HSSWが実現すれば極超音速技術への疑問も一段落し、信頼性が確立されますね」(リーランド) これまでもX-51Aウェイブライダーのような成功例もあったが、リーランドは「極超音速飛行はまだ眉唾ものと見られています」と認める。
  18. 目標設定は空軍の極超音速機開発ロードマップとも一致しており、2020年までに極超音速攻撃兵器を、敵地侵入可能で地域全域を対象とするISR機材を2030年までに開発する内容になっている。高速飛行可能なISR/攻撃機で不可欠な性能要求はなんと言っても生存性であり、通信・航法衛星の援助なくても生存し、防空体制の整った領空に侵入する能力だ。TBCCによる推力があれば空軍は当初マッハ4と設定していた目標を自ら引き上げることができる。現在は最低でもマッハ5以上の巡航速度ならびに通常滑走路からの運用が要求されていると思われる。
  19. SR-72実現への道のりはまず有人操縦も選択可能な飛行実験機flight research vehicle (FRV)からはじまるだろう。同機は全長 60 ft.でエンジンは一基だが、実寸大で仕様どおりの推力を持つ。「実験機はF-22ほどの大きさでマッハ6を数分間持続できるはずです」(リーランド) そのあとにSR-72として作戦能力のある機体開発へすすみ、双発無人機で全長は 100ft.超。「ほぼSR-71と同じ大きさで航続距離も同じでうが、スピードは二倍になります」 FRVの登場は2018年で飛行開始は2023年となる。「その直後にSR-72が飛行開始し、2030年配備となるでしょう」
  20. スカンクワークスの技術・高性能システムズ担当副社長アル・ロミグ Al Romig, Skunk Works engineering and advanced systems vice president  によるとスピードはステルス性につながるという。これには極超音速機の探知性を減らすという大きな課題があってのことだ。空気取り入れ口が大型になり、空力特性の要求からSR-72ではステルス性能を実現できる形状にはなりにくい。機体表面にはレーダー波吸収剤を塗布するとしても鋭い機体形状全体で熱からの保護が必要なことからステルス性に相反する条件となる。
  21. ナセルが長いことはHTV-3Xで採用したコンバインサイクルエンジンが機体全長にわたり搭載されていること、ならびに一体型ターボラムジェットの空気取り入れ口がついていることを意味するのだろう。「実験機とHTV-3Xの比較では抗力を抑えるためにタービンを小型化していることです」とリーランドは言い、「戦闘機用エンジンを使うので加速はきびきびして、性能に世湯を持たせる改良を加えています。また空気取り入れ口と排気口を共通化していることはとても重要で空気取り入れ口での漏出による抗力および排気口の抗力が相当な量になるためです」
  22. 空力特性で見れば機体前部は高速度での空気圧縮用の取り入れ口を重視した形状に見えるが、X-51Aウェイブライダーの特徴は見られない。「当社はウェイブライダーの機体形状を踏襲するつもりはありません」とリーランドは言う。「ウェイブライダーは巡航飛行中に燃料をほぼ全部燃やして加速する必要がありました。加速だけで燃料を全部消費するのではなく、もっと効率の良い機体でないと巡航飛行の維持ができません。結局離着陸が困難で、燃料積載量を犠牲にして亜音速での抗力が大きい機体になってしまいます」
  23. 機体で目を引くのは機体ほぼ半分を占めるデルタ翼と一体化されていることだ。これにより安定性を確保するとともに高揚力と高い巡航速度を実現するのだろう。エンジン空気取り入れ口の外側で前縁角が胴体と平行処理され、背後に台形の主翼がつけられている。ジグザグにした主翼の角度は低速飛行時に役立つ渦流揚力を確保するためだろう。
  24. SR-72に攻撃能力を持たせることも念頭にある。「長距離ISR任務に加えてミサイル発射の役割も想定しています」(リーランド) マッハ6飛行中に発射すればブースターは不要となり、ミサイルは大幅に重量が軽減される。またSR-72では機動性の高い目標の捕捉、攻撃が可能だ。「SR-71でさえ、速度はマッハ3でも同機の接近がわかる時間的余裕がありましたが、マッハ6となると移動目標を隠す時間的余裕はなく、文字通り回避不可能なISR機になります」
  25. 「SR-72の存在を公表することができるのはHSSW開発が進展しているからです」とリーランドは言う。太平洋へ軸足を移す戦略ので高速ISR機材構想は「弾みがついてきた」という。「極超音速機開発ロードマップではミサイルからはじめることになっていますが、現在は重要な技術実証の時期です」とリーランドは言う。つまり、推進手段の技術要素をひとつずつテストしていることを意味して、実寸大のFRVの評価につながるのだろう。
  26. 「自社資金を投入してやっと大型縮尺機によるテストまできましたが、資金投入規模を大幅に増やす段階に入ったわけです。空軍とDarpaが次の段階に向けた予算を手当てする可能性は相当あります」とリーランドは話しており、FRVが完成すれば開発費用の全体額がスカンクワークスに把握できるようになるという。
  27. 高速飛行可能なISR機がすでに存在しているとの噂にはリーランドは否定的だ。「SR-71が引退して20年近くなりますが、もし後継機があるのであれば相当巧妙にその存在が隠匿されていることになりますよね」■
コメント ISR、無人機、極超音速飛行と今すぐにもほしい技術要素の詰まった構想ですね。



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