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zoom RSS スペースシップ2の墜落の原因は何だろう? 局部圧力上昇による破壊?

<<   作成日時 : 2014/11/02 20:06   >>

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約2日が経過したが、スペースシップ2の墜落に関する新しいニュースはない。原因が究明されるまでにはしばらく時間がかかりそうだ。

情報が乏しい中、私なりの思いつく原因をあげてみたいと思う。この推測が正しいかどうかは、いずれ原因が特定された時に明らかになる。今は可能性への言及である。


原因の追求の仕方として、以前とは何が変わったかを探すことが有効な場合がある。今までは何の異状も起きなかったのに、今回は何かが変わって異常が起きたとなると、その変わった何かが主原因となっている可能性がある。今回は燃料系が変化した。

従来はN2O/HTPBであったものが、今回よりN2O/ポリイミドへと変化した。前者のHTPB(hydroxyl-terminated polybutadiene)は通常のハイブリッドロケットなどで用いられる燃料側樹脂である。ここに酸化剤である亜酸化窒素を加えると燃焼が起こり、生じた高圧燃焼ガスが推力へと転化する。

HTPBはポリブタジエンに代表されるように、弾性、耐摩耗性、低温特性に優れた柔らかい樹脂である。一方、ポリイミドは正反対に硬い樹脂である。

ポリイミドの物性
 弾性率: 3 - 7 GPA
 破壊強度: 200 - 600 MPa
 伸度: 40 - 90 %
 線膨張係数: 10 - 40 ppm/℃
 融点: なし
 熱分解温度: 500℃ 以上

ここからは想像の世界であるが、たとえばポリイミド燃料の表面が急激な加熱を受け、燃料内部との線膨張に差が生じた結果、ポリイミド燃料にクラックが生じ、ポリイミド燃料の表面積が増加した結果、亜酸化窒素(N2O)との反応が急激となり、その結果、ロケットエンジン内部の圧力が急上昇して、ロケットエンジンの破壊に至った。このようなシナリオが可能性の一つとして考えられる。あるいは、クラックが生じ、破断したポリイミド樹脂がロケットエンジン出口に詰まって、ロケットエンジンが爆発を起こした。このようなもうひとつの可能性が考えられる。いずれにしても、ポリイミド樹脂がハイブリッドロケットの固体燃料として適していたかが問題となる。

jijicomで報道されている墜落機体は、その部分だけとってみれば激しい破壊は受けていないし、パイロットの1人が生存していることからも、急激な爆発、2007年のN2Oのみに起因する爆発ではなかったことは確かであると推量される。



jijicom 11月1日

宇宙旅客機墜落、2人死傷=試験飛行中、「深刻な異常」−就航に遅れも・米

スペースシップ2の残骸
画像





スペースシップ・ツー(Wikipedia)

墜落事故[編集]

2014年10月31日、カリフォルニア州モハーヴェ砂漠にて、試験飛行中の1号機VSSエンタープライズが墜落。パイロット1人が死亡、もう1人も重症を負った[8]。

スペースシップツーで使うハイブリッドロケットは、開発が難航しており、スペースシップワンで使用したHTPB推進剤では燃焼振動が生じるため性能が出せず、高度100kmには到達できず、高度80kmにまでしか到達できないと2014年5月に報じられていた[9]。その後、ヴァージン・ギャラクティック社は並行して開発を進めていたポリイミドベースの推進剤を使うハイブリッドロケットの地上燃焼試験の結果も良好なことから、こちらに切り替えると発表した[10]。 今回は、従来使用していたシエラ・ネヴァダ・コーポレーション製のRocketMotorTwo (RM2) からこの新しいハイブリッドロケット(社内で独自開発)に切り替えて行う初の動力試験飛行であった[11]。



SpaceShipTwo(wikipedia)

Development[edit]

On 28 September 2006, Virgin Group founder Sir Richard Branson unveiled a mock-up of the SpaceShipTwo passenger cabin at the NextFest exposition at the Jacob K. Javits Convention Center in New York.[30]

2007 test explosion[edit]

On 26 July 2007, an explosion occurred during an oxidizer flow test at the Mojave Air and Space Port, where early-stage tests were being conducted on SpaceShipTwo's systems. The oxidizer test included filling the oxidizer tank with 4,500 kilograms (10,000 lb) of nitrous oxide, followed by a 15-second cold-flow injector test. Although the tests did not ignite the gas, three employees were killed and three injured, two critically and one seriously, by flying shrapnel.[32]

Rocket engine[edit]

The hybrid rocket engine design for SpaceShipTwo has been problematic and caused extensive delays to the flight test program. The original rocket engine design was based on hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB) fuel and nitrous oxide oxidizer, sometimes referred to as an N2O/HTPB engine.[33][34] Virgin then modified the engine design to include a change of the hybrid rocket fuel from a HTPB to a polyamide fuel formulation.


October 2014 crash[edit]

Main article: 2014 Virgin Galactic crash

On October 31, 2014, SpaceShipTwo suffered an "anomaly" during a powered flight test,[57] resulting in a crash killing one pilot and injuring the other.[12][13][58] It was the first flight to use the new type of fuel, based on nylon plastic grains.[59][60]



ハイブリッドロケット(Wikipedia)

ハイブリッドロケット (英: hybrid rocket) は、相の異なる2種類の推進剤からなるロケットエンジンシステムである。最も一般的なものは、固体燃料がおかれた燃焼室へ液体か気体の酸化剤を供給する事によって燃焼を起こし、生成したガスを噴射してその反動で進む。

スペースシップワンが使用したハイブリッドロケットエンジンの模式図あり。中央の燃焼室には固体燃料(黄色)がおかれている。右の圧力タンクから酸化剤(水色)が流れ込み、点火装置(赤)により点火される。生成した燃焼ガスは左のノズルから噴出される。

酸化剤には通常、気体か液体酸素もしくは酸化窒素等を使用する。燃料にはABS樹脂やアクリル樹脂や合成ゴム、あるいは氷で固めたアルミニウム粉末などが用いられる。




追加情報 


AFPBB News 2014年11月4日 16時52分

ヴァージン宇宙船墜落、「早すぎたレバー操作」に注目 原因調査

【AFP=時事】英ヴァージン(Virgin)グループのリチャード・ブランソン(Richard Branson)会長は3日、米NBCのテレビ番組で、グループ傘下の宇宙旅行会社ヴァージン・ギャラクティック(Virgin Galactic)の商用宇宙船「スペースシップ・ツー(SpaceShipTwo)」が試験飛行中に墜落した事故について、機体の姿勢を安定させるために尾翼部分の角度を変えたのが早すぎたのが事故の原因だった可能性があるとの指摘について、「そういうこともあり得る」と述べた。

 事故原因を調査している米運輸安全委員会(National Transportation Safety Board、NTSB)のクリストファー・ハート(Christopher Hart)委員長代行は2日の記者会見で、この事故で死亡したマイケル・アルスベリー(Michael Alsbury)副操縦士が、スペースシップ・ツーの速度がマッハ1.0を少し超えた時点で、胴体に対する尾翼部分の角度を変化させるレバーを動かしたのを操縦室のカメラが撮影していたと述べた。このレバーは速度がマッハ1.4になるまで動かさないことになっていた。

■ブランソン氏、「自称専門家」を批判

 安全性についての警告をヴァージン側が無視していたとロケットエンジンの専門家が主張したことについてブランソン会長は3日、英ニュース専門局スカイニュース(Sky News)の番組で、「悪意ある批評」や「自称専門家」を批判した。

 ブランソン氏は、「これほど無責任で有害な当てこすりは見たことがない」と述べ、「専門家を自称している人たちは爆発が事故の原因だったと言っているが、燃料タンクもエンジンも無傷で、爆発した形跡はない」と指摘した。

【翻訳編集】AFPBB News




sorae.jp 11月6日


スペースシップツーの墜落、原因は減速システムが早期に起動したためか

 10月31日に発生したスペースシップツーの墜落事故について、調査を担当している米国家運輸安全委員会(NTSB)は11月4日、本来なら帰還時に使用される「フェザリング・モード」と呼ばれる体勢へ、予定よりも早く移行してしまったためではないかとする見方を示した。

 この事故は10月31日、試験飛行を行っていたスペースシップツーが何らかの理由で墜落し、搭乗していた2人のパイロットのうち1人が死亡、もう1人が重傷を負ったというものだ。

 事故が起きた当初は、新しく開発されたロケットモーターが初めて使用されていたことや、また地上からの目撃者が「爆発したように見えた」と証言したことなどから、ロケットモーターの爆発などが原因ではないかと疑われていた。しかし、地上に落ちた残骸を調べたところ、ロケットモーターのケースやタンクには、爆発した痕跡はなかったという。

(中略)

 ただし、NTSBによる調査はまだ進行中で、墜落の原因も、またパイロットのミスによるものとも、断定されたわけではない。




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コメント(4件)

内 容 ニックネーム/日時
固体燃料ロケットエンジンと言えば日産自動車現在はIHIエアロスペース社を思い出します。

燃焼剤と酸化剤という異なる物性の固体を理想敵割合で混合燃焼させるかは燃焼が進むに連れて燃料タンク内の燃料が減っていくのでそれぞれの大きさや形状を燃焼に合わせて変えていくかに負っているようです。
匿名
2014/11/03 08:05
匿名様

固体燃料コンポジェットの、燃焼に伴う燃焼表面積変化は重要な設計要素のようです。これに対して、ハイブリッドロケットエンジンは、基本的には送り込む酸化剤の流量で燃焼速度がコントロールできるので、水力制御はしやすきことになるのですが・・・・

畑啓之
2014/11/03 09:20
基本的には送り込む酸化剤の流量で燃焼速度がコントロールできるので
ーーーーーーーーーー
★ ということは酸化剤流量調節バルブ或いはポンプの不具合ということですか?

H2Aロケットも当初は燃料ポンプが原因で太平洋に墜落しました。JAXAは墜落したロケットのエンジン部分をフィリピン沖から引き上げて不具合の原因を特定しその後の連続打ち上げに成功しました。

今回のハイブリッドロケットエンジンは地上燃焼試験では成功していますがいきなり有人飛行実験を行ったのが適切だったのか?という問いかけは彼らアメリカ人には通用しないのでしょうか?
匿名
2014/11/03 16:15
匿名様

その可能性もあるかもしれません。ただし、バルブが壊れたとしても原理的にはエンジンの内圧はヘリウム圧力以上には上がりません。上で示したWikipedia中に、次のような記載もあり、液体亜酸化窒素の加圧をヘリウムで行うようにした可能性があります。以前は? メタンは初期点火時にメタン+亜酸化窒素系とするために用いたのかもしれません。もしこのシステムであれば、着火のタイミングが狂うとエンジン爆発に至る可能性があると考えられます。情報不足で推測の域を出ませんが。
The second-generation engine design also required the modification to the SS2(SpaceShip 2) airframe to fit additional tanks in the wings of SpaceShipTwo—one holding methane and the other containing helium—in order to ensure a proper burn of the new engine.

畑啓之
2014/11/03 22:03

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