Dawn Aerospace、超音速Mk-IIロケット推進ドローンの大幅な性能向上を確認。時速967kmと高度15.1kmを達成

Dawn Aerospaceは、Mk-IIロケット推進航空機の新たなテスト飛行2-2が完了したことと発表した。

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哲学：ロケットの性能を持つ航空機であり、翼を持つロケットではない航空機に立ち戻る翼を持つロケットではなく、ロケットの性能を持つ航空機これまでのテスト飛行の歩み Mk-I Mk-II Auroraプログラム Mk-IIA – ジェット Mk-IIA – ロケット推進テスト飛行2-1 テスト飛行2-2 未来へテスト飛行2-3 Mk-IIB機体 Mk-IIを超えて

このテスト飛行は7月下旬に3回の飛行が行われた。飛行3回目では、最高速度と高度としてマッハ0.92（967km/h）および50,000フィート（15.1km）を達成。これは、前回のテスト飛行で達成したものの3倍および5倍にあたり、大幅な性能向上だとしている。

同社は現在、9月に予定されているテスト飛行2-3で超音速飛行を実現する段階にあるという。しかし、これは序章であり、Mk-IIは、あらゆる面で滑走路から離陸する最高性能の機体となる予定だとする。

2025年末までには、F15よりも速く上昇し、Mig 25よりも高く飛び、SR-71よりも速く、そして最終的には、100kmの高度（一般的に「宇宙」と定義されるカルマンライン）を1日で2回超える最初の機体になることを目指しているという。これらの記録のいくつかは50年以上も破られていないものだ。

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これまでに約1000万米ドルをこのプログラムに費やしており、総額2000万米ドル未満で完了する予定だ。これほどの高性能を、これほどの控えめな投資で達成できると考えているのか、そして、なぜ他のロケット開発プログラムと比べて、飛行試験をこれほど迅速に進めることができるのか。

その秘密は、基本的な哲学と結果として生まれる設計および試験方法論にあるのだという。それは、飛行試験を迅速かつ自信を持って進めることを可能にし、各飛行で限界に挑戦しながらもリスクを最小限に抑える哲学だ。

哲学：ロケットの性能を持つ航空機であり、翼を持つロケットではない

5人のDawn社創業者のうち4人は、従来型ロケットの業界出身で、数分間で高く速く飛ぶ素晴らしい技術を開発してきた。そして、それが完全に動作していたとしても、それはその後、廃棄物になってしまう。

もう一人の創業者である兄のジェームズは、航空機に取り組んでいた。これもまた素晴らしく高性能なものだが、毎日、終日動作するように設計されていた。それらは、世界中で何千トンもの人々や貨物を運ぶ、日常生活のための働き者である。

2017年、同社は、SpaceXがFalcon 9の第1段に再利用性を組み込むことで素晴らしい進展を遂げているのを目の当たりにしていた。そして彼らは、Starshipで完全な再利用性を目指していた。しかし、同社は同じ道をたどりたくなかったという。なぜなら、極めて高額な資本コストと、完全な性能が達成されるまで市場機会がなかったためだ。イーロンやアメリカのVC資金を得た競合他社のような豊富な資金を持っていなかった。

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始めから最終製品に航空機の特性を持たせたいと考えていたという。それは迅速な再利用性、高い信頼性、そして最終的には、運用コストを極めて低く抑え、将来の顧客に新しいビジネスモデルを提供するということだ。しかし、テスト飛行プログラム全体を通じても、その特性を維持したいと考えていた。高い飛行頻度は、迅速な試験、反復、学習を意味し、それはどのテクノロジー企業にとっても生命線である。

性能が向上するたびに、途中で多くの市場に対応する分岐製品を作る。高高度大気研究、微小重力、極超音速、擬似衛星による地球観測、ISR（情報、監視、偵察）などがその例だ。それぞれのステップが次のステップの資金を提供する助けとなる。

再利用性（Y軸）と性能（X軸）のグラフをプロットすると、Dawn社は「低性能で高い再利用性」の左上から始まる。各試験と各機体で性能を向上させ、場合によっては試験頻度を少し増やすことになるだろう。これは多くの種類の航空機が開発される方法に似ており、シャトルのような翼を持つ従来型ロケットとは明らかに異なる。

従来のロケットは、軌道性能に達するまではほとんど役に立たない。というのも、軌道性能に達するまではサービスするのに非常に高額だからだ。極超音速のような資金力のある防衛市場でも難しい。いったん運用開始すると、再利用性や「リフレッシュ可能性」を組み込もうとすると、しばしば30〜50％の性能コストを伴う。繰り返しになるが、SpaceXがこの道を歩んで成功したにもかかわらず、これは同社が追い求めていた道ではなかった。

航空機に立ち戻る

この「航空機である」という願望の結果として、すべての設計決定は航空機の基本的な特性を維持する必要があった。標準的な滑走路を使用し、確立されたスケーラブルな規制に準拠し、貯蔵可能な推進剤を使用するエンジンを搭載し、始動、停止、スロットル制御が可能であり、他の航空機と同様の短いターンアラウンドタイムを持つ機体だ。

技術そのものを超えて、航空機として認証することが不可欠だった。これにより、特定の飛行ごとに取得する必要のある飛行特定のライセンスではなく、非排他的空域での一般的な一回限りのライセンスが許可されることになる。このため、航空機の設計基準が向上し、アビオニクス、通信、操縦面などの重要システムに冗長性を持たせることになった。

航空機基準は達成するのが難しい基準だが、一度達成すれば、ライト兄弟の初飛行から大西洋横断ジェット機までの開発の道をわずか55年で開かれる。

翼を持つロケットではなく、ロケットの性能を持つ航空機

航空機として飛ぶことで、すべてのリスクを一度に取るのではなく、小さなリスクを短期間に多く取ることができる。試験の合間には常に慎重に次のステップを調整し、適切なリスクレベルを維持できる。高精度な飛行試験データを使用しているため、シミュレーションや風洞試験だけに頼ることなく、そのリスクレベルを正確に把握でき、実際に実行するのだ。

同社は困難な問題について、驚くほど迅速に、かつ最小限のコストで学んでいる。

この哲学のおかげで、何千時間もの分析による麻痺、多くの飛行中の問題、そして車両の再構築に数年間かかるような事態を避けることができた。もう二度と後戻りすることはない。

これまでのテスト飛行の歩み

同社のミッションは、持続可能でスケーラブルな宇宙輸送を実現することだという。まず、衛星の燃料を再設計し、次に宇宙内での燃料補給を行った。この事業はすでに利益を上げ、成長している。

宇宙打ち上げの再設計は、軌道に到達するための莫大な性能が求められるため、いささか難しい。歴史が示すように、従来の方法では新しいロケットの開発には何十年もかかる。

したがって、この旅の初期段階では、最終的なミッションを達成するために必要な性能ではなく、他の誰よりも速く、あるいは少なくとも効率的に学習するために必要な方法と基本技術の確立に焦点を当てる。これが、長期的には同社を早くそこに到達させる原動力となるとしている。

240809_dawn_02 — Dawn Aerospaceのロケット推進航空機開発タイムライン

Mk-I

目標：ロケットエンジンがジェットエンジンのように操縦可能で再利用可能であることを証明する。性能は重要ではない
副次的な目標：同社はただのガレージの子供たちではなく、適度な資金に値する能力を持つガレージの子供たちであることを証明する

このプロジェクトは、若い企業である同社にとって大きな学習経験であったが、同時に、ロケットがジェットエンジンのように必要に応じて停止・再始動が可能であり、毒性のない推進剤や点火液を使用し、高信頼性を持ち、維持管理が可能であり、つまり一般的な意味での「航空機」としての真の有用性を持っていることを示す絶好の機会でもあった。

同社は、代替モデルのジェット機フレームと、人工衛星推進作業で既に使用していた推進剤（亜酸化窒素とプロペン）を使用した、独自設計の圧力供給型、3Dプリントの二液推進エンジンを使用してプロジェクトを完了させた。

最初のエンジンプリントは最初から完璧に機能し、航空機も見事に飛行した。2つ目のエンジンをプリントする必要は一度もなかった。

性能は目標ではなく、機体もエンジンのパワーに耐えられるようには設計されていなかった。急上昇飛行中でも加速が速すぎ、機体を危険にさらさないために早期にエンジンを停止することが多かった。それでも非常に楽しかった。

Mk-II Auroraプログラム

目標：ロケットの性能を迅速に再利用可能な航空機プラットフォームに持ち込むこと。具体的には、3km/sの合計デルタVの性能を持ち、ロケットの第一段階のような飛行軌道を飛行し、一日に二回その偉業を成し遂げることが目標だった
副次的な目標：カーマン・ライン（高度100km）を一日に二回越える初の航空機となること

これはDawnにとって初めての「クリーンシート」航空機設計であり、「ロケットの性能を持つ航空機」とは何かを実際に示すことを目的としていた。この航空機は、従来の（空中発射でない）航空機のすべての記録を打ち破るはずだった。小さな機体にとって大きな目標だったが、まずは飛行できることを証明する必要があった。

Mk-IIA – ジェット

複数のキャンペーンを実施、2021年7月から2022年8月までに47回の飛行した。

目標：エンジンを除いて、航空機、運用、規制が機能することを証明する。
最初のMk-II機「Mk-IIA」は、ジェットエンジンとロケットエンジンの両方を（別々に）搭載できるように設計されており、「戦艦」テスト航空機として過剰に設計されていた。

代替ジェットエンジンを使用して200ノットの速度と9000フィートの高度まで飛行する47回の飛行を行った。これらの飛行は、マッハ0.3以下の低亜音速速度での航空機について多くのことを学ぶのに役立った。さらに重要なことは、航空機を設計し、シミュレートし、製造し、認証し、運用する低リスクの訓練場を提供したことであった。これは同社自身の学習にとって重要であったが、また同社の航空機認証の承認を担当するニュージーランドのCAAとの信頼関係を築くためにも重要だった。

いくつかの教訓は、痛みを伴う形で学んだ。低高度でのデュアルエンジンフレームアウトにより、即興で滑走路を横切る着陸が強いられ、着陸装置が破損した。別の飛行では、着陸時にブレーキが故障し、機体が滑走路から逸れて機首と右翼が損傷した。どちらの場合も安全性には問題がなく、機体は修理され改良された。数週間後には、以前より少し賢くなった同社が再び飛行を行っていた。

これらの初期の試験と失敗は、最小限のリスクで実際の問題を早い段階で引き出すという目的を果たした。これは、ロケットではなく航空機として飛行することの有用性を完璧に実証するものであった。

240809_dawn_05 — Mk-IIA　Glentannerの滑走路上のジェット機

Mk-IIA – ロケット推進

これまでに二つのキャンペーンを実施、合計六回の飛行した。

Mk-IIAの目標：マッハ超え飛行によりMk-IIの空力設計のリスクを軽減する。
副次的な目標：一日に二回の飛行を実証する。

機体の運用に自信が持てるようになった時点で、ジェットエンジンを取り外し、ロケットエンジンを搭載する時が来た。このエンジンはまだ開発中であったが、短距離飛行に十分な限定的な資格試験をクリアしていた。

テスト飛行2-1

テスト飛行2-1では三回の飛行を実施した。中高度と速度に達し、ジェット推進で達成した9000フィートの高度と200ノットの速度を達成した。これにより、ロケット推進で航空機を成功裏に運用できることが証明され、航空機のような運用が可能であることが示された。

このテスト飛行は、航空機に多くの新しい技術が組み込まれていたにもかかわらず、驚くほどスムーズに進行したが、それでもいくつかの予期せぬ問題も発生した。

最初の飛行で低圧ラインにおける軽微な推進剤漏れが発生し、これを解決する必要があった。エンジンと酸化剤タンクを取り外し、漏れを修理してから再組み立てし、最初の飛行から26時間後に再び飛行した。「航空機である」という哲学のおかげで、すべてがメンテナンス可能であり、軽微な問題が大きな遅延に発展することはなかった。

天候の悪化により、四回目の飛行とその日の二回目の飛行は実施できなかった。

テスト飛行2-2

テスト飛行2-2は、機体の性能を押し上げる最初の試みだった。私たちは、機体がどこまでできるかを見ることに非常に興奮していたが、それでも段階的なアプローチを取り、各フライトで少しずつ限界を拡大していく意識を持っていた。そして再び、3日間で3回のフライトを行った。

フライト3では、最高速度マッハ0.92（967km/h）と高度50,000フィート（15.1km）に達することができた。これは前回のテスト飛行で達成したもののそれぞれ3倍と5倍に相当する。

機体はすべてのフライトで美しく機能し、初期の遷音速域でも問題は記録されなかった。とはいえ、他のハードウェアにはいくつかの軽微な問題が発生したが、すべて冗長システムと堅実な「ノックイットオフ」基準でカバーされ、安全性が確保された。

数分間のビデオリンクの故障があり、その間はバックアップビデオを使って飛行した。また、空中データプローブの問題はGPSから得られる速度と高度で補完した。再び、機体の高い冗長性という哲学のおかげで、これらの軽微な問題も軽々と処理することができた。

Mk-IIAの潜在能力にはまだ程遠いが、これが「ロケットの性能を持つ航空機」とは何かを初めて実感した瞬間だった。速度、音、急上昇する機体から見える黒くなる空の景色、そして20分後にハンガーに戻ってくる機体を目の当たりにしたときのほとんど信じられない気持ちだったという。それを翌日もう一度やるなんて、まるで同社の目の前でSFが現実になったようだったが、Mk-Iの製作以来この目標に向かって取り組んできた結果でもあったとしている。