ラプターエンジン

ラプターはスペースXの再使用型ロケットエンジンで、同社の完全再使用型の火星向け打ち上げシステムスターシップを持ち上げる動力源である。液体メタンと液体酸素（メタロックス）を燃やし、この方式のエンジンとして初めて飛行した。軌道への到達を安くし、火星への旅を予算の1項目に収めるためのエンジンである。

ラプターとは？

ラプターは、メタンと酸素を燃やすロケットエンジンで、燃焼させ、回収し、すぐにまた燃焼させられるようにつくられている。ブースターのスーパーヘビーは33基、上段のスターシップ宇宙船は6基を積む。6基のうち3基は海面用に調整したもので、残る3基は真空用ラプターエンジン（RVac）である。RVacは高空の薄い大気に合わせて、ベル形のノズルを広げてある。メタンがファルコン9の燃料であるケロシンより選ばれた理由は、まっすぐ火星を向いている。メタンはきれいに燃え、エンジンを詰まらせて再使用を難しくするすす（コーキング）が少ない。さらに、いずれ火星の地表にある二酸化炭素と水からつくれるようになる。

ラプター誕生の背景

ラプターが挑む問題は、宇宙がいつも国家予算並みの値段だったことである。ロケットを再使用できるようになる前は、地球低軌道（LEO）に1kgを送るのに約1万米ドルかかった。そのため軌道は、各国政府とまれに現れる億万長者だけの特別な場所だった。一般のエンジニアや宇宙飛行士志望者にとって、その値段は扉を完全に閉ざしていた。社会にとっては、人類が地球の外で試みられることの幅を狭めていた。イーロン・マスクは火星に自立した都市を築くという目標から出発して逆算し、すべての部品、とりわけラプターを、その目標に向けてコストを下げられるかどうかで評価している。

仕組み

全流量二段燃焼サイクルでは、燃料と酸化剤のすべてを、燃料過多と酸化剤過多の2つのプリバーナー（ターボポンプを回すガスをつくる燃焼器）に通してから主燃焼室に送る。そのため機外に捨てるガスがなく、タービンも低い温度で回る。この方式のエンジンは1960年代にソ連のRD-270で初めて設計されたが、飛行することはなく、実際に空へ飛んだのはラプターが初めてである。ラプターの燃焼室圧力は約300〜350バールで、ロシア製RD-180の267バールを上回る。圧力が高いほど、同じ大きさのエンジンで大きな推力が出る。3世代を通じて、海面での推力は185トンから280トンへと約5割増えた。

こうした向上は、エンジンを大きくして得たものではない。世代を追うごとに強力になりながら軽くなり、乾燥重量はラプター1の2,080kgからラプター3の1,525kgへと約27％減った。ラプター3は耐熱シールドと外部の配管をエンジン本体に組み込み、以前は後付けしていた部品をなくした。これで推力重量比は180対1を超えた。上に積み重ねたすべてを持ち上げなければならない段では、軽い重量で大きな推力を出すことがすべてを決める。

ラプターの経済学

エンジンの配分を見ると、コストの構造がわかる。スターシップ全体では39基のラプターを積むが、配分は均等ではない。ブースターのスーパーヘビーは、濃い下層大気を突き抜ける力仕事を担うため、上に載せる宇宙船よりはるかに多くのエンジンを積む。スペースXの数字によると、バージョン3のブースターでは33基のラプター3が同時に燃焼し、離昇推力は約80.8メガニュートン（MN）に達する。これは約1820万ポンド重（約8,250トン）にあたり、アポロ宇宙船を月に送ったサターンVロケットの2倍を超える。ブースターは毎回の飛行で33基すべてを必要とするため、より軽く推力の大きい世代が出るたびに、スペースXがつくるすべての機体でその効果が出る。エンジン1基あたりのコストは、ラプター1の約100万ドルから、目標の約25万ドルへと下がってきている。

ラプターの現状

累計生産数は600基を超え、ラプター2だけでも試験での燃焼時間は22万6000秒を超えた。こうした燃焼時間の積み重ねが、試作品を本物の製品に変える。2021年後半には、イーロン・マスクがエンジンの増産をスペースXの最優先目標に据え、全社を挙げた取り組みになった。生産は実際に拡大し、2024年にはほぼ1日1基に達した。現在のラインはラプター3をつくっており、製造番号が数百番台のエンジンがすでにマクレガーから出荷されている。

今後の展望

ラプター3は量産版で、一体化した設計により大気圏再突入に耐え、ほとんど手を入れずに再び飛べるように設計されている。分解整備なしで燃焼し、帰還し、また燃焼できるエンジンがあれば、打ち上げが増えるほど1kgあたりのコストは下がり続ける。ラプター3は2026年5月22日、スターシップの第12回飛行試験で初飛行した。第12回と第13回の飛行では、帰還時のブースターのエンジン再点火をバージョン3で初めて試験した。第14回の飛行では、真空用エンジンの1基が予定より早く停止した後、宇宙船が軌道に到達した。

まとめ

ラプターは、技術の目標とお金の目標が重なる部分である。エンジンを1kg軽くするたびに、軌道に到達するコストが下がるからである。次の試験は再使用で、バージョン3のブースターを受け止め、そのエンジンを再び飛ばすことである。