はやぶさ衛星を打ち上げ退役したＭ－V三段式固体燃料ロケットの1段目のカ

質問

はやぶさ衛星を打ち上げ退役したＭ－V三段式固体燃料ロケットの1段目のカーボン複合素材噴射ノズルは重いので油圧で駆動して偏向するということですが、油圧ポンプの動力は、ロケットエンジンで駆動していると紹介されていますが、それはサターン5ロケットの巨大F-1エンジンのように、常温保存できるヒドラジンを推進剤とした、ロケット噴射ガスをタービンに拭きつけて、稼動しているのか、どのようにしてその油圧駆動力を得ているのか教えてください

回答No.1

kagakusuki · ベストアンサー

>油圧ポンプの動力は、ロケットエンジンで駆動していると紹介されていますが、

　以下のサイトの情報に依りますと、油圧ポンプの動力源はロケットエンジンではなく、ロケットエンジンとは別に、ガスジェネレーター（高圧のガスを発生させるための燃焼器）で専用の固体燃料を燃焼させて、発生した燃焼ガスを使って、ガスタービンを駆動し、そのガスタービンの動力で油圧ポンプを駆動させているという事です。

【参考URL】
　ISAS｜宇宙科学研究所 > ISASニュース > コンテンツ一覧 > 1997年 > 1997/05(No.194)　特集：M-V > １.５.１　　Ｍ-Ｖ各段の制御方式
　　http://www.isas.jaxa.jp/ISASnews/No.194/develop-07.html

　このガスジェネレーターや油圧ポンプは、第１段目の尾部の後部筒と呼ばれる部分に取り付けられているそうです。
　このガスジェネレーターは、おそらく小型の固体ロケットモーターから噴射用のノズルを取り外して、替わりにガスタービンを取り付けた様な構造をしているものと、私は推測します。
　使用されている固体燃料も、固体ロケット推進剤に類似したもので、ガスタービンの駆動に適する様に、少し組成を変えたものが使用されているのではないかと、私は推測します。
　又、上記サイトに依りますと、この油圧ポンプ駆動用ガスタービンが作動すると、黒煙が出るという事ですから、使用されている固体燃料は、おそらくコンポジット系固体推進剤に近いものではないかと、私は推測します。
　コンポジット系固体推進剤は粉末状の酸化剤に、燃焼を安定化させる成分等を混ぜ合わせたものを、燃料兼用のバインダーと呼ばれる高分子材で固めたものです。
　この場合の酸化剤には、推進剤としての性能と、安定性を始めとする物性から、過塩素酸アンモニウムが用いられる事が殆どですから、ガスジェネレーターにも過塩素酸アンモニウムが用いられているのではないかと、私は推測します。
　バインダーには、燃焼ガスの平均分子量が低目になる事と、弾力性がある事等の理由から、ポリブタジエンゴムが用いられる事が比較的多いのですが、ガスジェネレーターにもポリブタジエンが用いられているのか否かは判りません。
　M-Vロケットやスペースシャトルの固体ロケットブースターの様に、固体ロケットの推進剤には、比推力という推進剤としての性能を高めるために、粉末状の金属アルミニウムが、助燃剤として混入される事もありますが、ガスタービン駆動用のガスジェネレーターの燃料の場合、アルミニウムが燃焼した後に出来る、高温の酸化アルミニウムの液滴から、タービンを保護する事は困難だと思われますから、ガスジェネレーター用固体燃料にアルミニウムが混入されているのかは疑問です。

お礼

詳細な回答ありがとうございます、油圧駆動の動力源のガスジュネレーターの推進剤が固体燃料であるかどうかが知りたかったのです、大きなカーボン繊維強化樹脂複合ノズルは電気モーターのアクチュエーターでは非力なので、その動力源について、ミュー5ロケットが大好きな、ミューロケットファンで、論争になっていたのです、SMRC（ソリッドロケットモータロールコントロール）、フレオン2次ガス噴射偏向ノズルなどは現場の技術者の話を聞けましたが、ミュー5ロケットについては聞くことができませんでしたので、やっと、その謎がとけました、ありがとうございました

回答No.2

kagakusuki

回答番号:ANo.1です。
　M-Vロケットのヨー方向とピッチ方向の制御は、第１段目はエンジンノズルの向きを変える事で行われますが、第２段目の燃焼中は、エンジンノズルの噴流中に横から液体（55％過塩素酸ナトリウム水溶液）を噴射する事で、ロケットの噴流の向きを変えるという方法で行われるそうです。
　この液体の圧力を高めるために使われている方法は、第２段目に搭載されている高圧窒素ガスタンク内の窒素ガスで、噴流偏向用液体のタンク内を加圧する事で行われるそうです。
　又、第２段目の燃焼終了後は、エンジンノズルの周囲に配置されている４基の小型の固体ロケットモーターによって行われるそうです。
　一方、第１段目と第２段目のロールの制御は、各段の後端に取り付けられている、第１段目には４基、第２段目には２基の、小型の固体ロケットモーターによって行われるそうです。
　ロール制御や第２段目燃焼終了後の姿勢制御に使用される小型ロケットは、ポリブタジエンをバインダーに用いたコンポジット系固体ロケットで、電磁石で開閉するフラッパー弁により、噴射方向を切り替える様になっているそうです。
　それから、第３段目の燃焼中のヨー方向とピッチ方向の制御は、第１段目と同様にエンジンノズルの向きを変える事で行われますが、その駆動は酸化銀電池を動力源とした電動モーターによって動くアクチュエーターによって行われるそうです。
　又、第３段目のロール制御や燃焼終了後のヨー方向とピッチ方向の制御は、ヒドラジンを推進剤に用いたガスジェットによって行われるそうです。
　このガスジェットとは、おそらく反応室内の触媒を使って、ヒドラジンを分解した際に発生する、水素、窒素、アンモニアの混合ガスをノズルから噴射する、燃焼が行われないロケットモーターの一種なのではないかと、私は推測します。

【参考URL】
　ISAS｜宇宙科学研究所 > ISASニュース > コンテンツ一覧 > 1997年 > 1997/05(No.194)　特集：M-V > １.２　全機の構成
　　http://www.isas.jaxa.jp/ISASnews/No.194/develop-02.html

　ISAS｜宇宙科学研究所 > 特集 > M―V 型ロケットの推力方向制御（TVC）装置
　　http://www.isas.jaxa.jp/publications/hokokuSP/hokokuSP47/211-246.pdf

>サターン5ロケットの巨大F-1エンジンのように、常温保存できるヒドラジンを推進剤とした、ロケット噴射ガスをタービンに拭きつけて、稼動しているのか、

　アポロ宇宙船の機械船や司令船であれば、主エンジンのSPSにヒドラジンと非対称ジメチルヒドラジンの混合燃料が使われていたり、速度微調整兼姿勢制御用のRCSにモノメチルヒドラジン（ヒドラジンそのものではない）が使用されていますが、その打ち上げ用ロケットであるサターンV型ロケット自体には、ヒドラジンやその誘導体は推進剤として使用はされていない筈です。
　因みに、F-1エンジンは燃料にはケロシン（灯油の一種）、酸化剤には液体酸素が使用されますから、燃料は常温保存可能ですが、酸化剤は極低温で保存しなければ、数日で気化してしまいます。
　サターンV型ロケットの第１段目の姿勢制御は、５基のエンジンの内、中央の１基の除いた４基のエンジンの取り付け角度が、それぞれ一方向にのみ偏向出来る様になっていて、それを燃料ポンプから送り出された高圧のケロシン燃料を、作動油の代わりに使用するアクチュエーターで動かします。
　F-1エンジンの燃料ポンプは、推進剤の一部を、ガスジェネレーター用の燃焼器で燃焼させる事で発生する燃焼ガスで作動する、ガスタービンによって駆動されます。
　そして、ガスタービンを駆動した後のガスは、ロケット噴流とは合流する事無く、機外に排気されます。

お礼

詳しく回答ありがとうございます、SMRC、（ソリッドロケットモータロールコントロール)は、電磁石でフラッパー弁で偏向する件、各段によって、姿勢制御方式が最適な方法で、制御されることや、サターン5ロケットの1段目のF-1エンジンのジンバル制御の油圧は、F-1ターボポンプから供給されるケロシンの油圧で動作することが良くわかりました、サターン5ロケットには1段、2段、3段の分離時、タンク内の推進剤をタンクの底に集める補助加速用ウレッジロケットモータには固体推進薬、ウレッジ液体燃料ロケットエンジンの推進剤には、ヒドラジンが複数使われています、機体の複数の出っ張りガそれです、分離後の追突防止、レトロモータもあります