パラグライダー：NASA がパラシュートなしで着陸を試みて失敗した方法

丸底のカプセルが、海上数マイル上空で巨大なオレンジと白のパラシュートの下にぶら下がっている画像は、アポロ時代の象徴です。しかし、多くの点で、着水着陸は欠陥のある着陸方法でした。そのため、NASA は 1960 年代半ばに着水着陸を時代遅れにすることを目標に、パラグライダー開発プログラムに 1 億 6,500 万ドルを投じました。ロガロ ウィングと呼ばれるこの着陸システムは、ジェミニ宇宙船の滑走路着陸システムでしたが、アメリカの月面着陸の歴史の中では、ほとんど脚注以上のものになってしまいました。

着水

NASA 初の有人宇宙飛行プログラムであるマーキュリー計画は、いわゆる突貫計画だった。ミサイルで打ち上げられた、ほぼ自動化されたカプセルは、ソ連以前に人間を宇宙に送り込む手っ取り早い方法であり、より複雑な長期計画に使えるような高度な宇宙船ではなかった。宇宙船を着水させることも、同様に単純な解決策だった。宇宙から大気圏を操縦する詳細を解明する代わりに、エンジニアたちは、マーキュリー宇宙船の鈍底形状を利用することを選択した。この形状は、熱シールドと組み合わせることで、広大な大西洋と太平洋に着水する前に、再突入時の焼けつくような熱から宇宙船を保護する。米国海軍は、地球に帰還したばかりの宇宙飛行士を回収するために船を派遣し、パズルの最後のピースとなった。

しかし、技術的には単純であるにもかかわらず、着水は物流上の大きな課題を伴いました。ミッションエンジニアは正確な着水地点を含む飛行のあらゆる詳細を計算しましたが、予期しない問題により正確な着水地点が数百マイルも変わる可能性がありました。そのため、NASAは十分な数の海軍艦艇を派遣し、主な着水地点だけでなく、いくつかの二次的および緊急時対応ゾーンで宇宙飛行士を見つけて回収する必要がありました。アラン・シェパードとガス・グリソムは、1961年に両者とも弾道飛行ミッションを行い、回収にはそれぞれ10隻と8隻の海軍艦艇が関与しました。NASAが軌道上に人を送り始めると、その数は2倍以上に増えました。ジョン・グレンの1962年のミッションでは、大西洋に23隻、太平洋に1隻の艦艇が配備されました。1963年のウォーリー・シラーの飛行では、大西洋に21隻、太平洋に6隻の艦艇を配置する最大の海軍艦隊が使用されました。

NASA の最初の宇宙飛行プログラムで着水が採用されたのは、いくぶん皮肉なことだった。マーキュリー計画の宇宙飛行士たちは、アメリカで最も体力があり、最も有能なパイロットの一人で、不利な状況で故障した航空機を着陸させる驚異的な能力で頭角を現していた。しかし、宇宙飛行士となった彼らは、溺れる危険を冒して空から落下し、米海軍が彼らを濡れたネズミのように回収する。NASA にとって、宇宙飛行士の操縦技術を利用すれば、彼らの安全が増すだけでなく、海軍の要員の雇用コストを大幅に削減してコスト削減にもつながることは明らかだった。言うまでもなく、戦闘機パイロットたちは、宇宙船を操縦したいのであって、乗客のように宇宙船に乗りたいのではない。こうしたことをすべて念頭に、マーキュリー マーク II 計画からジェミニ計画へと発展したプログラムは、滑走路着陸を主なプログラム目標として開発された。

ロガロウィング

プログラム管理者がジェミニ計画を開始した当時、宇宙から滑走路に着陸することはまったく知られていないことではありませんでした。マーキュリー計画の初期の着陸システム提案の 1 つは、ラングレー研究所の研究グループから提案されたものでした。この提案では、鈍い胴体のカプセルを制御可能な滑空機に変える展開可能な翼が必要でした。このシステムは、発明者のフランシス ロガロにちなんでロガロ翼と呼ばれていました。

ロガロはアマチュアの凧揚げ師で、1948 年に柔軟な翼の設計に取り組み始めた後、1958 年にラングレーで自分のアイデアを実現するための研究室を与えられた。航空学から宇宙機関に転身したこの機関と提携してから数か月後、ロガロは実現可能なシステムを手に入れた。最終的な設計は、パラシュートの減速特性と飛行機の翼の剛性柔軟性を組み合わせた、2 葉、単一曲率、サスペンション荷重翼だった。再突入の最終段階で展開され、制御が制限されたカプセルを操縦可能な乗り物に変えることができる。

最初のマーキュリー計画には複雑すぎたため、ロガロ翼はジェミニ計画の検討対象に戻されたが、技術者が検討した新しい着陸システムはこれだけではなかった。提案の 1 つは、逆噴射ロケットによる単純なパラシュート制御着陸 (現在のソユーズが使用しているのとよく似ている) だった。もう 1 つは射出着陸を使用したもので、これは着陸の直前に宇宙飛行士を宇宙船から脱出させるという粗雑だが効果的な方法だった (これは当時ソ連がボストーク宇宙船で使用していた方法だが、当時西側ではあまり知られていなかった)。3 つ目の可能性のあるシステムはパラセイルで、パラシュートとパラグライダーを合わせたようなものだった。ジェミニ宇宙船を揚力体にして、設計上固有の空気力学的特性を備えた乗り物にするという議論もあった。

着陸システムの候補は徐々にパラセイルとパラグライダーに絞られていった。どちらも重量、着陸面積の要件、速度、降下率の点でほぼ同等だったが、パラグライダーには大きな利点が 1 つあった。それは、はるかに機動性が高いということだ。これが決定打となり、さらに国民の反応も期待できる。アメリカの宇宙計画があらゆる面で打ち負かされていた時代に、NASA がソ連にはできなかったことを実行できれば、国民の士気は確実に高まるだろう。

そして、ジェミニ パラグライダーは、後の計画、特にアポロ計画、そして NASA の技術から生まれるあらゆる軍事計画にも引き継がれるという理解のもと、ジェミニ計画に組み込まれました。着水は、緊急時のバックアップ着陸方法として残されることになります。

本来の動作

ジェミニ宇宙船がロガロ翼で着陸する理論は、かなり単純です。宇宙船は、マーキュリー宇宙船と同じように逆噴射ロケットを使用して軌道から大気圏に再突入し、大気圏を落下し始めます。アブレーション熱シールドは、大気圏の摩擦に伴う炎上から宇宙飛行士を保護します。宇宙船が厚い空気に達すると、パラグライダーが宇宙船の片側から展開し、鈍角な側面を下に向けた姿勢から「直立」姿勢に方向転換します。宇宙飛行士の視点から見ると、半月型の窓から目の前の滑走路を眺めると、まるで飛行機に乗っているような気分になります。

そこから着陸するには、まったく新しい飛行方法が必要になります。パラグライダーは宇宙船を従来の航空機に変えることはできません。突然、カプセルに制御用の補助翼や方向舵が与えられるわけではありません。また、翼がいくらかの電力を生み出しますが、それだけでは機能しないため、宇宙船を完全にグライダーに変えることもできません。

宇宙飛行士は、翼と宇宙船をつなぐケーブルを操作して、結合した宇宙船とパラグライダーを制御します。カプセルに対する翼の角度を変えると、結合した機体の重心が変わり、その結果、宇宙船の降下角度と方向が変わります。翼の角度を継続的に変更すると勢いが増し、降下が続くにつれて変化が大きくなります。これにより、操縦する宇宙飛行士はより制御しやすくなります。着陸のときになると、2 つの後部スキッドと 1 つの前部スキッドが展開し、空中から着陸へのスムーズな移行が促進されます。

訓練車両の構築

NASA がパラグライダーをジェミニ計画に採用していた頃、テストパイロットのミルト・トンプソンはエドワード空軍基地の NASA 飛行研究センターでダイナソア計画に取り組んでいました。ロケットで打ち上げられ、軌道ミッションの後に滑走路に着陸するように設計されたデルタ翼グライダーであるダイナソアは、トンプソンにとって宇宙飛行の未来でした。そして、ロガロ翼について聞いたとき、彼はそれが宇宙から滑走路着陸が実行可能であることを証明するステップであると見ました。トンプソンにとって、パラグライダーは概念実証の完璧な乗り物であり、飛行機と揚力体のハイブリッドでした。彼は魅了されました。

彼はフライト リサーチ センターのディレクター、ポール ビクルに、パラグライダーの飛行特性を調べる小規模な研究プログラムを開始してもよいかと尋ねたが、その要求は却下された。ビクルによると、FRC は進行中の X-15 および Dyna-Soar プログラムで手一杯で、他のことに取り組むことができなかったという。それでもトンプソンはひるむことなく、上司に内緒で、好奇心旺盛なパイロット仲間のニール アームストロングに新しいプロジェクトを持ち込んだ。2 人は、宇宙飛行士はいずれジェミニ パラグライダーの操縦を学ばなければならないだろうから、自分たちで練習用の乗り物を作ってみたらどうかと考えた。ビクルはやがて、トンプソンとアームストロングが飛行を意図して作っていることを知り、折れた。彼は小規模なパラグライダー研究プログラムを認可した。おそらく、自作の機械でパイロットが自ら命を絶つ事態を避けるためだった。しかし、公式でも、パラグライダー研究用乗り物プログラムは小規模なままだった。設計図はなく、製作者に大まかな外観のイメージを伝えるために床にチョークで線が引かれているだけだった。

この乗り物は最終的にパレセフと名付けられ、あっという間に完成した。最初のものは7週間で5,000ドル未満で作られたが、とても飛べそうには見えなかった。完成品のパレセフ1は、ロガロが取り付けた布の下に置かれた鋼管製の大きな三輪車のようで、パイロットが頭上の操縦桿を回すと翼が操縦できるようになっていた。パラグライダーの翼を前後に傾けると揚力が制御され、帆の角度が変わることで方向制御が可能になった。対になったジェミニ-ロガロのように、制御は重心を操作することで行われる。動力源はなく、パイロットを天候から守るものもなく、ヘルメットがパイロットの負傷に対する最善の防御策だった。構造的にも十分に頑丈で、3フィート半の高さから落としても壊れなかった。

自家製練習機の飛行を学ぶ

トンプソンはパレセフを初めて飛ばした人物です。1962 年 1 月、彼はパレセフがトラックに牽引されている間、操縦席に座り、空中に浮くことなく飛行制御をテストしました。その後のテストでは、牽引トラックが十分な速度で走行し、パラグライダーがパレセフを地面から約 20 フィート引き上げるのに十分な揚力を発生させました。トンプソンはこれらの低速牽引テストで制御と着陸を練習し、パレセフの操縦性は濡れた麺のように悪いと感じましたが、それでもわずか 2 か月後には空中に飛ばす自信がありました。

次の一連のテストでは、トンプソンが乗ったパレセフは小型飛行機の 5,000 フィート後方まで牽引され、その地点でロープを放して着陸のために飛行機を誘導する。上昇中は風に揺られないように牽引機の航跡より上空に留まるよう注意しながら、トンプソンは初日にパレセフ着陸を 2 回成功させたが、訓練は過酷なものだった。地上での牽引テストでは鈍重だったものが空中ではさらにひどくなり、2 回目のテストでは腕の負担を軽減するために操縦桿に足を巻き付けなければならなかったほどだった。

そこから、このプログラムは失敗と成功が入り混じった。ブルース・ピーターソン（本物の「600万ドルの男」）が操縦したある地上牽引テストは、パレセフの機首が破壊されるほどの激突で終わった。パレセフ 1A という新しい機体を製作する必要があり、エンジニアたちは制御システムをセンタースティックからケーブルに変更する機会を得たという良い面もあった。しかし、まだ問題はあった。ある空中牽引テスト中に、対気速度計の針が外れ、トンプソンは着陸するまで飛行機に繋がれたままでなければ、自分がどのくらいの速度で進んでいるのか分からなくなってしまう。別のテストでは、トンプソンは飛行中に発煙弾を発射した。これは小型機体を写真に撮りやすくするためのもので、パイロットは着陸地点が分からず苦労した。

問題はさておき、パレセフは信頼性が増し、1962 年 9 月までには他のパイロットも練習機に慣れ始めました。その中には、ジェミニ宇宙船の建造に深く関わったマーキュリー計画の宇宙飛行士ガス・グリソムや、同月に NASA の宇宙飛行士団に加わったニール・アームストロングもいました。

現時点では、パレセフは、NASA のジェミニ パラグライダー プログラムが、同局の着水着陸への道を切り開くものであるという証拠となっている。しかし、NASA のテスト プログラムは、それほど順調には進んでいなかった。

コンセプトから現実へ…ある意味

1961年、トンプソンがパレセフを建造するというアイデアを思いついたのとほぼ同時期に、ジェミニ宇宙船の建造契約はマーキュリー宇宙船を建造したマクドネル・エアクラフト社に発注され、パラグライダーの別の契約はX-15を開発したノース・アメリカン・アビエーション社に発注された。

ロガロ翼のテストは 1962 年 1 月に開始されました。固定パラグライダー翼を備えたジェミニのスケールモデルがヘリコプターから落とされ、翼の構成と展開方法がテストされました。また、パラグライダーの性能と揚力に関するデータを収集するため、モデルは風洞でもテストされました。これらの初期テストでは、成功と失敗が入り混じった結果が出ましたが、後者が前者を上回りました。パラグライダーは、特に激しい風洞テスト中に分解する厄介な傾向を示し、着陸条件が悪い場合の飛行中の構造的安定性に疑問が生じました。しかし、エンジニアは、NASA は悪天候で宇宙飛行士を着陸させるよりも、ミッションの着陸地点を変更するだろうと主張し、この大きな失敗を見逃しました。

ロガロ計画は続行されました。1962 年半ばのジェミニ計画のスケジュールによると、最初の無人ミッションは 1963 年 9 月にパラシュートで着陸し、2 回目は翌月にパラグライダーで着陸することになっていました。有人ミッションもこれに倣い、最初の着陸はパラシュートで、その後の飛行はパラグライダーで着陸することになりました。

しかし、このスケジュールは楽観的すぎるようで、テストを続けるとさらに失敗が続いた。翼が展開しなかったり展開後に故障したりして、どちらの状況でもテスト機は破壊され、取り付けの問題でパラグライダーのジェミニへの搭載が遅れた。1963 年 5 月、パラグライダーの着陸は 10 回目の飛行まで延期され、この斬新なシステムの用途は極めて限定的になった。この挫折はノースアメリカンの契約にも影響した。契約はほぼ同時期に改訂され、請負業者は NASA に実用的なシステムを提供することが規定されたが、パラグライダーを実際のジェミニ ミッションに組み込むことについては何も触れられなかった。

ジェミニはパラグライダーなしで飛行する

1964年4月8日、無人のジェミニ1号が打ち上げられ、パラシュートで着陸し、この実証済みの方法がNASAの2番目の宇宙飛行プログラムに実行可能なものであることを証明した。そしてNASAは時間的余裕がないことを感じ始めていた。有人ジェミニミッションが間近に迫っていただけでなく、10年末の月面着陸の目標も急速に近づいていた。パラグライダーがアメリカの月への道の一部となる可能性はますます低くなっていた。ジェミニに関する限り、その棺桶に最後の釘が打たれたのは1964年2月20日、NASA副長官ジョージ・ミューラーがジェミニ計画事務局に、ジェミニ計画の全12回の飛行（無人2回と有人10回のミッション）はすべて着水で終わると発表したときだった。まるで最後の望みをつなぎとめるかのように、1964年2月で終了するプログラムの四半期報告書には、最後の3回のミッションはパラグライダーで着陸するとまだ書かれていた。

1964 年 5 月、NASA とノースアメリカンは、パラグライダー研究プログラムを継続することに合意しましたが、その目的はデータ収集のみでした。2 か月後、ジェミニ プログラム マネージャーのチャールズ マシューズは、パラグライダーをプログラム要件から完全に削除しました。パラグライダーは、1964 年 12 月にほんの少しだけ言及された後、公式プログラム履歴から完全に消えました。

有人パラグライダー飛行

パラグライダーがジェミニ計画から外された後も保持しようとする試みはあったが、無駄だった。ノースアメリカンの修正契約では、システムの操縦可能性を証明することが規定され、これがテスト牽引機、つまり TTV につながり、1964 年に有人飛行が開始された。

TTV 飛行は、北米のテストパイロットがヘリコプターで高度まで牽引され、その後落下し、軌道から戻るかのように着陸を強いられる、一連の実物大の有人落下試験でした。TTV を試した最初のパイロットは、パレセフでの訓練ですでにこのシステムに慣れていたチャールズ・ハイゼルでした。7 月に行われた最初の拘束試験は、TTV をヘリコプターにまだ固定したままで行われ、成功しました。8 月の最初の自由試験は失敗でした。ヘッツェルが牽引ロープを切断するとすぐに、ジェミニは激しく回転しました。ヘッツェルは脱出を余儀なくされ、その過程で肋骨を骨折しました。

5か月間の無人テストの後、ドン・マカスカーは、有人飛行が再開された12月にTTVに乗り込んだ。初期の飛行で、彼はTTVを5分間うまく誘導したが、エドワーズ空軍基地の乾燥した湖底に激しく衝突した。着陸は制御された衝突とみなされるほどの激しさだった。ノースアメリカンは、機体のショックアブソーバーを強化することで対応した。

マクカスカーや、後にアポロ13号の司令船パイロットとなるジャック・スワイガートを含む北米のテストパイロットは、1965年に合計12回の着陸に成功したが、ロガロ翼をジェミニ計画に再導入するには遅すぎた。

パラグライダーの最後の活躍と終焉

NASA は、パラグライダー計画に費やした時間と資金の使い道を探して、他の応用の可能性を検討しました。ラングレーのエンジニアであるマック C. アダムスは、パラグライダーをアポロの後継計画であるアポロ応用計画とアポロ延長シリーズに組み込むことを提案しました。これらは、アポロのハードウェアを使用して地球周回研究室と有人月面基地を開発するという 1965 年に提案された 2 つの計画です。アダムスの考えは、月面着陸の時間の制約がなければ、この計画にはパラグライダーの欠点を解決するのに十分な時間があるだろうというものでした。

これをきっかけに NASA はパラグライダーの契約を再開しましたが、長くは続きませんでした。NASA はアポロ時代の資金を急速に失いつつあり、この月面技術を将来的に他の目的に応用できるかどうかは疑問視されていました。アポロ後の計画は制限され、1960 年代の終わりに最終的に中止されたため、パラグライダーは NASA の将来の計画から再び外されました。

パラグライダーの最後の望みは、1960年代後半に有人軌道実験室で独自のジェミニベースのプログラムを開発していた空軍から来ました。MOLは、乗組員の生活および作業スペースを増やすために耐熱シールドの後ろにモジュールを追加したジェミニの大型版で、1963年にダイナソアプログラムに取って代わりました。また、NASAがパラグライダーの準備作業を行っていたため、USAFはそれをこの軍事宇宙プログラムに採用することを検討していました。しかし、それは長続きしませんでした。NASAがジェミニプログラムからパラグライダーを削除してから2年後の1966年、パラグライダーはMOLからも削除されました。空軍は、NASAがシステムを機能させるために耐えてきた困難と失敗を繰り返す必要はないと感じました。MOLは、1969年に無人テスト飛行を1回行っただけでキャンセルされました。

理論上、パラグライダーはNASAが着水着陸から脱却するための素晴らしい方法だった。軽量で操縦可能で、大幅な再設計なしに宇宙船に搭載できるからだ。しかし、10年の研究でもすべての問題を解決することはできなかった。ジェミニ計画はNASAにとって宇宙での大きな前進となり、初の船外活動、初の宇宙でのランデブーとドッキング、そして月まで往復するのに必要な2週間の間アポロ宇宙船を動かす燃料電池のテストを可能にした。しかし、パラグライダーはまだ手の届かないところにあった。アポロ時代のすべてのミッションは着水で終わり、スカイラブやアポロ・ソユーズテスト計画も最後の名残だった。スペースシャトルで宇宙船を根本的に変更して初めて、NASAはようやく着水着陸から脱却できたが、アポロにヒントを得たオリオン宇宙船では洋上着陸に戻っている。

出典: この記事は主に Vintage Space の古い記事から集めたもので、私が投稿した動画や YouTube チャンネルに投稿する予定の動画に添える要約にすることを目標としています。オリジナルの Vintage Space の記事は、Rogallo after Gemini、Losing Rogallo From Gemini、Inventing Landings、The Paresev、Bringing Down a New Bird です。もっと詳しく知りたい場合は、これらをチェックしてください。その他の出典: Hacker と Grimwood。On the Shoulders of Titans: A History of Project Gemini、Milton Thompson with Curtis Peebles。Flying without Wings、Virgil I. “Gus” Grissom。Gemini: A Personal Account of Man's Venture into Space。