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2009.05.19

初版アップ

 

エネルギア-ブランシステムは、補助ロケットブースターが液体燃料であることと、ブラン本体にメインエンジンを搭載していないという利点を最大限に生かしています。 アメリカのシャトルは、打ち上げ前30秒以降から無事軌道に乗るまでの間、緊急脱出方法が一切無い のとは対照的に、 ブランは打ち上げから帰還までのミッション全てを通じてさまざまな緊急脱出方法が用意されていました （逆の論理で、安全性を最優先するために、液体燃料およびメインエンジン使い捨て方式を選択した可能性もあります）。以下に、ミッションの各段階におけるそれぞれの緊急脱出方法について記述します。

 

1.　発射台…ボブスレー方式

　発射台において緊急脱出の必要が生じたときは、アメリカのスペースシャトルはスライドワイヤー方式ですが、ブランはボブスレーのような方式で脱出します。その脱出トンネルは、地下深くのシェルターに通じており、巨大なエネルギアロケットが射点で大爆発をしてもダメージを受けない仕組みとなっています。

 

左写真： 発射台を横から見る。上の管は乗員乗り組み用。下の管は、緊急脱出用。

 

　

 

 

 

 

 

2.　高度35km未満（打ち上げ時および帰還時）…射出座席

1988年のブランの初飛行時は、無人自動操縦であり、射出座席は設けられていませんでしたが、有人用の3号機以降では射出座席が用いられる予定でした。適用範囲はサービスタワーが離れた後～発射直後～高度35kｍ未満で、これは通常のフライトの場合、速度は最高マッハ3.0～3.5であり、おおむね打ち上げ100秒後までに相当します。

 

アメリカのスペースシャトルは、初飛行から第四回打ち上げまでの「試験飛行」（乗組員2名）の段階では、乗員2名分の射出座席を装備していました。しかし、実用飛行となる5回目以降のフライトでは、射出座席は取り払われました。スペースシャトルの安全率は99.9999％（シックスナイン）と公言したNASAの面目を保つためでしょうか？現時点で百数十回打ち上げて死亡事故2回すなわち98％台ですが。

 

それに対してソ連版スペースシャトルは、3号機以降の有人試験飛行は2名ないし4名を予定しており、最大で10名を乗せることができますが（アメリカのシャトルは最大8名）、乗組員の人数に関わらず、 全ての乗組員を射出させる予定でした 。 飛行士が乗るスペースは二階建てとなっており、フライトデッキ（操縦席と窓がある階）とミッドデッキ（フライトデッキの下の階。窓は無い）の二つの階があります。フライトデッキの射出方法は、アメリカのシャトルの4階の試験飛行時、および、戦闘機の射出座席と同様に、乗員の上部にあるハッチが開き座席ごと射出されます。

 

ユニークなのは、ミッドデッキの乗組員射出方法です。フロントの窓と、その前方にあるリアクションコントロールシステムとの間にある二つのハッチから射出される予定だったそうです。

 

ソ連・ロシアの宇宙服を製造していることで有名な航空宇宙企業「ズヴェズダ」は、 ソ連版スペースシャトル専用の射出座席を開発 しました（K-36RBまたはK-36M11F35と呼ばれる）。 通常のジェット戦闘機用射出座席と異なる特徴としては、 発射台におけるエネルギアロケット爆発時を想定した機能に焦点を当てた ことです。発射時および帰還時に使用する小型ロケットエンジンに加えて、射点での爆発時にのみ使用する専用のロケットエンジンを装備していました。これは、 飛行士を高さ300mまで飛ばすことができ、わずか10秒後には発射台から500m離れた地点へ飛行士を避難させる ことができました。もうひとつの特徴は、K-36RBは、 ソ連版シャトルのコンピュータとリンクして動作 するということです。オービターの発射時または着陸時の各段階に対応して、5つのモードが設定されていました。

 

モード1…発射台における射出
モード2…上昇における初期の段階
モード3…高速（音速以上）・高高度の段階
モード4…帰還時（大気中滑空時）
モード5…着陸前最終段階、滑走中、ロールアウト中


また、マッハ3.5という高速の大気抵抗を受けることによる熱応力対策のため、「Strizh」という、 ソ連版スペースシャトル計画専用の飛行服 も開発されました。

 

左写真：ZVEZDA　K36RB射出座席とStrish飛行服のセット。 　 右写真：イメージ。あくまでもイメージです。アメリカの戦闘機射出座席です（笑）

 

Strish飛行服は、K36RB射出座席とセットで、少なくとも3種類のテストが行われました（画像は管理人自作合成画像）。

 

ロケットエンジンにより地上のレール上を高速で移動するブランのモックアップから射出させる実験。	MIG-25RUから射出させる実験。	1988年～1990年にかけて、プログレス38号～42号のピギーバックペイロードとして、打ち上げロケットから射出させる実験（高度35～41km、マッハ3.2～4.1）

 

 

 

3.　高度35km～発射後3分10秒まで

射出座席が使用できなくなる高度35km以上においてエネルギアロケットに異常が起こった場合は、その状況をオービターに搭載されたコンピューターが即時に分析し、場合によって一部ないし全ての エンジンをシャットダウン します。

3.1　全エンジン停止の場合・・・オービター分離

エネルギアロケットに深刻な問題が発生した場合は、合計8基のエンジン全てを同時に停止させます。この場合、 オービターはノーズ部分にある4基の固体ロケットモーターにより、早急にエネルギアロケットから分離します。続いてオービターは、スラスターで姿勢を建て直し、滑空してバイコヌール宇宙基地の滑走路に帰還します。このとき、なるべくオービターの自重を軽くするため、オービター本体に搭載している軌道変更用エンジンの燃料を放棄します。また、緊急滑走路にオービターが到達できないと判明した場合、乗員は安全な高度にて、射出座席で全員脱出します。

 

この方法は、 補助ブースターも液体燃料であり、メインエンジンを使い捨てにしていることを最大限に利用した緊急帰還方法で、いったん点火したら止めることができない固体ロケットを補助ブースターに使用しているアメリカのシャトルでは不可能な方法 です。NASAも、上記と同様にオービターを切り離す方法を研究しました。しかし解析の結果は、シャトルのメインエンジンをストップしてから分離まで3秒掛かりますが、その間も固体補助ブースターが燃焼し続けているため、全体は暴力的な回転を始め、シャトルは破壊に至るという結果になりました。

 

3.2　一基のエンジン停止の場合・・・エネルギアを抱えたまま弾道飛行-帰還

 

補助ブースター（エンジン一基×4本）のうち一本、または、コアブースター（エンジン4基）のうち一基が停止した場合、および、補助ブースターの分離に失敗したときは、以下の方法によりオービターはバイコヌール宇宙基地または他の緊急滑走路に着陸します。

 

補助ブースターのエンジン4基のうちの1基が停止した場合は、 即座に停止したエンジンの対称位置にあるエンジンを停止 させ、全体のバランスを保ち、弾道コースから外れるのを防ぎます。続いてすぐ、死加重を減らすため、補助ブースターのタンクに残っている液体酸素を、エンジンから15.5ｍ上方のタンク下部にある直径60cmの孔からパイプを通じて船外に排出します。なお、被酸化剤のケロシンは、重量が燃料全体の1/3であるため放出しません。 その後、エネルギア-ブランシステムは、余分な燃料を使い尽くすためと、バイコヌール基地へ滑空して帰還するために必要な高度を維持するため、ノーズをやや斜め上に向けながら燃焼を続け、弾道飛行経路をたどります。後にエネルギアロケットは分離され、オービターはバイコヌール宇宙基地の滑走路へ滑空し帰還します。オービターは、自重を軽くするため、および、重心を本来の着陸フェーズ時の合わせる為に、自らの軌道離脱エンジンを燃焼し続けます（下アニメ参照）。

 

下アニメ：1基のエンジンが停止した場合の、緊急帰還シークェンス

 

 

4.　3分10秒後以降（補助ブースター分離後）…オービター分離、単独弾道飛行-帰還

 

この段階では、補助ブースターは既に分離され、オービターはエネルギアのコアステージのみによって上昇しています。また、ブラン本体の軌道離脱用エンジンを使用すれば、本来予定されている軌道よりは低いですが、地球を周回することができます。もし、3分10秒を経過してから早い段階でエンジンが停止した場合（故障した箇所と、その対称位置にある一基）は、エネルギアロケットの残ったエンジンと停止していない2基のエンジンを使用して、ブラン本体のエンジンの燃焼と併用して、地球周回に必要な高度と速度を稼ぎます。極低軌道周回後、オービターは大気圏に再突入しバイコヌール宇宙基地に着陸します。

 

3.1章、3.2章、および4章に示したフェーズでのエンジン事故の場合は、人命だけでなく、ペイロードを搭載したオービターもまるまる、バイコヌール宇宙基地に帰還できます。 宇宙機にはしばしば、非常に高価なものがあります。カッシーニ土星探査機は、4000億円と言われました。軍事衛星も、数年前にテレビニュースで「3000億円の打ち上げ花火」という見出しで、3000億円の軍事衛星を搭載したアメリカのロケットが空中で爆発する映像が流れていました。ソ連の軍事衛星も、中にはその程度高価なものもあったことでしょう。ISSの日本モジュール「きぼう」は2500億円なので、合計6つのミールの各モジュールも、それぞれ数千億円でしょう。
　

以下は私の推測ですが、これら重要宇宙機は、重量がおおむね20トン未満に収まるので、一機80億円の無人使い捨てプロトンロケットでも打ち上げることが出来ます。しかし、金銭だけでなく長い建造時間を費やしたもの、または、スペアが利かない、上記のような高価で重要な宇宙機は、プロトンロケットよりも数倍高価なエネルギア-ブランシステムを使用して（可能ならば無人でも）、打ち上げに失敗しても回収し損失を最小限に留める、というのも、ブランの使用目的なのではないでしょうか？

なお、地上に持ち帰る事が出来るペイロードの上限は、メインエンジンを備えたアメリカのシャトルは15トンですが、メインエンジンを持たず軽量であるソ連版シャトルは、20トンまでを持ち帰る事が出来ます。これは、ちょうど、サリュート・ミール宇宙ステーションおよびその付属モジュールの重量と同じです。

 

5.　軌道周回中における緊急帰還方法・・・3種類

 

軌道周回中に、何らかの不都合が起こった場合は、以下の3種類の方法が用意されていました。

 

5.1　即時帰還
5.2　早期帰還
5.3　ソユーズによる救難

 

5.1　即時帰還（Immediate Return)

 

「即時帰還」は、異常が見つかってから、 最短で40分、最長で3時間以内に 軌道を離脱できる方法です。 これは、主に船内火災を想定したもので、前述したStrizh飛行服の着用および排気、再突入ソフトウェアのロード、貨物室扉を閉じること、などがあります。火災の消火は、船内の酸素を抜くことによって行われます。

但し、 滑走路への着陸を保障する方法ではありません。 ソ連は、ブラン着陸用滑走路を3箇所しか持っていません。よって、「即時帰還」によって軌道を離脱できても、それら滑走路に着陸できないことが明白な場合は、飛行士達は、ブランが陸地または水面に激突・大破する前に、射出座席により脱出します。これは、射出座席を持たないアメリカのシャトルには不可能な方法です。

 

5.2　早期帰還（Early Return)

 

「早期帰還」は、 ソ連に3箇所あるブラン滑走路のうちのどれかひとつに着陸可能 な飛行経路に向けて、最短で3時間、最長で24時間以内に軌道を離脱できる方法です。 想定される状況は、上記の「即時帰還」とおおむね同じですが、より時間的な余裕が有ります。

 

5.3　ソユーズによる救難

 

ソ連独自の救難方法として、ソユーズ宇宙船による救難があります。考えられる状況としては、例えばコロンビア分解事故のように、再突入が不可能と判明した場合、および、軌道離脱エンジンの致命的損傷、などがあります。 このような場合、 地上から救難用ソユーズが打ち上げられ 、 少なくとも数日後には救難用ソユーズがオービターに到着し、 人員救難船が到着するまでの間に必要な消耗品を補給 し ます。 ダメージを受けたブランは、自動操縦により、無人地帯に再突入し投棄されるか、または、可能であるならば、無人自動操縦で滑走路に着陸します。

但し、ソユーズによる救難は、いくつかの不確定要素を伴います。第一に、飛行しているオービターはドッキングシステムをその時装備していなければなりません（80年代の米シャトルミッションのように、単独飛行という場合も考えられる）。第二に、能動側のソユーズがドッキングする際は、少なくともブランは、ドッキング可能な姿勢を保てる程度の姿勢制御能力を残していなければなりません。

「救難ソユーズ」は、1980年代後半から1990年代にかけて、ソ連およびロシアがミール向けに既に準備を整えていました。 打ち上げ時の段階で「救難司令官」を乗員救助の必要性から一人乗せています。ソ連・ロシアは、「救難司令官」を、ミールのために複数用意していました。よって、彼らをブラン向け救難ソユーズに適用させることは比較的簡単でした。

 

但し、救難ソユーズは、二人以上の乗組員を救助することができません。よって オービターが3名以上の乗組員を乗せていた場合は、宇宙に既に滞在している宇宙船が用いられる予定でした。ISS建設まで恒久的宇宙ステーションを持たなかったアメリカと異なり、ソ連は、ブラン初飛行時には既に、常時2名～6名が滞在する大型恒久宇宙ステーション「ミール」を運用しており、90年以降は、さらに巨大なミール2宇宙ステーションが運用される予定でした。常に必ず何人かのソ連人が宇宙に滞在しているということは、少なくともその滞在人数に応じた乗組員分の宇宙船が、宇宙ステーションに接岸しているはずです。　 よって、 これらソユーズは、一回につき2名の乗組員を、損傷を受けたオービターと宇宙ステーションの間を何度も往復することにより全員を救助します。

なお、救難方法としてもっと使われる可能性が高かった方法としては、もう一機のソ連版スペースシャトルが宇宙ステーションに接岸していた場合です。というのは、ソ連版シャトルが実用化された時点では、大多数のオービターはミールまたはミール2にドッキングするミッションを予定していたからです。この場合は、小さなソユーズに比べてずっとゆとりをもった救助活動ができます。宇宙に同時に二機のシャトルオービターを滞在させ、万全の安全対策を行う…これ、2003年のコロンビア分解事故を受けて浮上したアイディアと同じです。

 

 

　

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