NASA はなぜジェミニ打ち上げに未テストのミサイルを選択したのか?

NASA のジェミニ計画を打ち上げたタイタン II ロケットは、ある意味、際立った異端児でした。アポロ時代の計画を打ち上げた、ヴェルナー・フォン・ブラウン設計ではない 2 つのロケットのうちの 1 つで、ハイパーゴールを使用した唯一のロケットです。また、NASA が実績を積む前にプログラムに選んだ唯一の打ち上げ機でもありました。開発はしばらく危うい状況でしたが、最終的には宇宙機関史上最速のプログラムを打ち上げました。

第二次世界大戦の終結後、米陸軍航空隊は、回収されたV-2技術にヒントを得たものの、厳密にそれに基づいたものではない独自の弾道ミサイルの開発事業に乗り出しました。1946年4月、米陸軍航空隊はコンベア社からの、プロジェクトMX-774と呼ばれる超音速弾道ロケット推進ミサイルを製造するという提案を受け入れました。1954年12月までに、米空軍は独立した軍種となり、アトラスと改名されたMX-774は、1.5段ミサイルとして開発されました。離陸の瞬間にすべてのエンジンが点火され、飛行開始から約2分後にブースターエンジンが切り離されました。これは、アメリカ初の戦略的な大陸間弾道ミサイルとなる途中の、優先度の高い兵器システムでした。

しかし、米空軍のアトラス科学諮問委員会は、アトラスが失敗した場合、空軍は他のミサイルを保有できなくなることを懸念した。そこで 1954 年 7 月 21 日、空軍 ASAC は空軍に対し、アトラスのバックアップとして真の 2 段式ミサイルを建造するよう勧告した。翌年 10 月 27 日、マーティン社に契約が授与され、XSM-68 (後にタイタンと改名) と呼ばれる新しいミサイル機体の設計と開発が命じられた。

アトラスでは、外皮が薄すぎてロケットが自重で潰れないようにするためだけに加圧する必要がありましたが、タイタンではタンクの壁に構造要素を組み込むという先駆的な試みが行われました。また、化学的なミリング処理によって、新型ロケットのアルミニウム製機体はより強く、より軽くなりました。しかし、タイタン I と呼ばれる最初の反復は完璧なミサイルではありませんでした。ロケット推進剤 (RP-1) と極低温液体酸素 (LOX) の組み合わせを使用していたため、発射台で飛ばす必要が生じるまで待つことができませんでした。敵の脅威に対応することを目的としたミサイルの場合、ミサイル発射命令から実際に離陸するまでの遅延は問題でした。

1958 年、タイタン I はサイロ内発射の試験を開始しました。飛行可能な状態で保管できれば、危機の際に発射するミサイルとしてより優れたものになります。マーティン社は新しい保管および発射オプションを調査していたため、この時点でミサイルに他の多くの変更を加えることにしました。請負業者は新しいタイタンの直径を大きくして、より重い弾頭を持ち上げられるようにし、慣性誘導システムをアップグレードしましたが、最大の変更は新しい燃料と酸化剤の組み合わせでした。

タイタンに RP-1 と液体酸素を燃料として充填し、サイロに放置しておくことはできませんでした。打ち上げ前に極低温の液体酸素を超低温に保つには、メンテナンスが多すぎたからです。もう 1 つの選択肢はハイパーゴールでした。これは燃料と酸化剤の 1 つで、低温で保管する必要がなく、接触するとすぐに燃えるため、点火の必要がありません。さまざまな選択肢を検討した後、マーティンは燃料としてエアロジン 50 (非対称ジメチルヒドラジンとヒドラジンの 50:50 混合物) を、酸化剤として四酸化二窒素 (四酸化窒素と一酸化窒素の混合物) を選択しました。

タイタン II と呼ばれるこの改良型ミサイルは、タイタン I を大幅に改良したものでした。タイタン II は発射時に 43 万ポンドの推力を発揮し、タイタン I の 30 万ポンドの推力に比べて優れています。25 万フィートで点火したタイタン II の第 2 段は、タイタン I の 8 万ポンドに比べて 10 万ポンドの推力を発揮します。つまり、タイタン II はより大きな弾頭を格納でき、はるかに高速に発射でき、はるかに長い距離をカバーできるということです。マーティンは 1960 年 5 月にタイタン II の製造について米国空軍と契約を結び、1 か月後に新しいミサイルの生産を開始しました。

1 年後、マーティン社の社員が NASA に、月面着陸計画の打ち上げロケットとしてタイタン II を使用するというアイデアを持ちかけました。NASA のロバート C. シーマンズ副長官は懐疑的でしたが、このミサイルには興味があり、より正式な提案を検討しました。そこから、NASA の今後のマーキュリー マーク II プログラムの一環として、タイタン II を使用して大型のマーキュリー宇宙船を打ち上げるというアイデアが生まれました。

正式な提案は 2 か月後に届きました。マーキュリー タイタン プログラムは、空軍独自のタイタン ミサイル開発プログラムから恩恵を受けるだけでなく、空軍の有人化に向けた予備的な試みも活用できるとマーティンの担当者は述べました。当時、タイタンはダイナソアの打ち上げロケットとして計画されていました。タイタン II がタイタン I より優れていたのと同じ利点が、NASA のミッションにも適用されることが約束されました。ハイパーゴールは扱いやすく、NASA が所有していたどのロケットよりもずっと強力でした。

1961 年末までに、マーキュリー マーク II プログラムが形になりつつありました。タイタン II で打ち上げられるマーキュリー宇宙船の 2 人乗りバージョンは、NASA の月への道の次のステップでした。問題は、タイタン II に実績がなかったことです。NASA が 10 年後という期限に間に合わせるには、空軍が暫定プログラムの開始に間に合うようにタイタン II を製造するだけでなく、有人飛行も行う必要がありました。しかし、空軍はタイタン II をミサイルとしての役割に備えることに重点を置きました。NASA の基準を満たす派生型は二次的なもので、空軍上層部にとってはミサイル プログラムを遅らせる価値はありませんでした。

1963 年 5 月までに、NASA のマーキュリー計画は終了に近づき、マーキュリー マーク II はジェミニと改名され、タイタン II は問題に悩まされるようになりました。最も大きな問題は、持続的な縦振動、つまりポゴ現象でした。これは技術者には既知の問題で、不安定なエンジン燃焼により飛行中のロケットの推力が変動し、燃料タンクを含むロケットの構造全体に振動が伝わるため、燃料がさまざまな速度で燃焼室に戻り、問題が悪化します。これは宇宙飛行士にとっては危険な状況ですが、ミサイルにとってはそれほどではありません。そのため、ポゴ問題が浮上したとき、NASA は懸念していましたが、USAF はそれほど懸念していませんでした。同様に、NASA はタイタン II の第 2 段が不均一に燃焼する傾向と、エンジンの基本的な設計上の欠陥を懸念していました。

問題が特定されると、USAF は解決策に取り組み始めました。タイタン II のエンジンの下請け業者であるエアロジェット ジェネラルと、社内のジェミニ安定性改善プログラム チームが、その秋からロケットの問題に取り組み始めました。進捗は遅々として進まなかったため、NASA はジェミニ プログラムからタイタン II を中止し、その代わりに、すでに開発中だったフォン ブラウン ベースの設計であるサターン I を使用することを一時検討しました。

しかし、すぐに解決策が見つかりました。1963 年 11 月 1 日、ポゴ効果を抑えるために、酸化剤ラインにスタンドパイプ、燃料ラインに機械式アキュムレーターを取り付けたタイタン II ミサイル N-25 が打ち上げられました。これは効果がありました。ポゴ レベルは NASA の許容範囲内にまで下がり、その後の 5 か月間の打ち上げではすべて同じ結果になりました。1964 年 1 月中旬までに、NASA はタイタン II に対する懸念を抱かなくなりました。それから 1 年ちょっと後の 1965 年 3 月、このミサイルはジェミニ計画の有人ミッションを軌道に乗せました。その後 20 か月間で 10 回のミッションを成功させました。

NASA がジェミニの開発初期にタイタン II を選んだということは、ミサイルと有人仕様が飛行適性化に向けて並行して進んだことを意味する。米国空軍と NASA の強制的な協力は特異な状況であり、NASA 有人宇宙飛行局のジョージ・ミューラー副局長は、これが有人打ち上げロケットとしてのタイタン II の高い信頼性と目覚ましい成功の要因である可能性が高いと述べた。

出典: 『タイタンの肩の上で』、タイタン I 年表、タイタン II 年表、ジェミニ計画年表、