新型国産ロケット｢Ｈ３｣打ち上げへ～“魔物”との苦闘を乗り越え“宇宙新時代”へ～

種子島宇宙センター。
鹿児島県の種子島の東南端に位置する。
ロケットの組み立て棟や発射地点、打ち上げ管制室などがある、ＪＡＸＡの最重要拠点のひとつだ。ここで行われる「Ｈ３」開発の様子を、２年半にわたって取材してきた。
 
「Ｈ３」は現在の主力ロケット「Ｈ２Ａ」の後継機で、総開発費２０００億円を超える国家プロジェクトとして開発が進められている。全長は国内最大の６３メートルで、宇宙に運べる重量はおよそ１.３倍になる。国産ロケットが培ってきた、高い打ち上げ成功率を維持しながら、打ち上げコストを現在の半分程度に抑えることも目指す。
 
世界中で商業衛星の打ち上げ需要が高まるなか、「パワー増強」「コストダウン」「高い信頼性」の３本柱を軸に、打ち上げビジネスの競争に臨む狙いだ。
 
宇宙開発新時代に向けて、日本の“切り札”とも言える、新型ロケット「Ｈ３」。開発は順調に進んでいた、１点を除いて…。

取材のための撮影は２年半。この間、開発チームは「出口の見えない暗闇」をさまようかのようだった。
難航を極めたのは、新型メインエンジン「ＬＥー９」の開発だ。
 
「ＬＥー９」は、従来のメインエンジンと比べて構造をシンプルにしている。「Ｈ３」が目指すのは、「パワー増強」と「コストダウン」、「高い信頼性」の維持。構造をシンプルにしたことで、部品の数はおよそ３分の１に減り、「コストダウン」に大きく貢献。代わりに、「パワー増強」に向けて、エンジン内部の装置を大きくすることなどで対応。設計段階ではうまくいく…はずだった。
 
ところが。
 
そこに“魔物”が潜んでいた。
 
２０２０年５月。３９回目の燃焼試験でそれは起きた。
エンジン内部の装置にヒビが入っていることが確認されたのだ。

ヒビが入っていたのは、エンジンの心臓部と言われる「ターボポンプ」の一部だった。
 
「ターボポンプ」は「タービン」と「ポンプ」で構成され、「タービン」を回すことでポンプを回転させ、燃料を送り込む。「ＬＥー９」では、タービンを効率よく回すため、タービンの羽根を大きくし、そこに水素ガスを、高速で流している。
 
その分、羽根に負荷がかかるようになり、想定外の“振動”が起き、羽根にヒビが入った。
 
この問題に対処するため、チームは開発を中断。
２０２０年９月、打ち上げを２０２１年度に延期すると発表した。
その後、改良型の「ターボポンプ」を準備し、問題になった“振動”は改善された。

しかし、２０２１年１０月。
打ち上げ期限まで残り５か月の時点で行った、５３回目の燃焼試験で、タービンに再び“振動”が確認された。
 
１度目の延期の原因となった“振動”は、「共振」という特定の周波数で激しくなる“振動”だった。さらに、今回は「共振」に加えて、「フラッター」という周波数と関係なく起きる、強い“振動”も確認された。“振動”は程度が大きいとエンジンが壊れ、打ち上げ失敗にもつながりかねない。
 
出口の見えない暗闇。
またしても“魔物”が顔をのぞかせた。
 
初号機以降、「Ｈ３」で打ち上げる計画が複数控えている。さらなる延期は、こうした計画を大幅に遅らせることになる。
 
しかし、総責任者の岡田匡史さん（ＪＡＸＡ）をはじめ、開発チームはぶれることはなかった。

「リスクには厳しく対処する」。
 
その信念は、過去の苦い経験から学んだものだ。
 
岡田さんが若かりしころ、初の純国産ロケット「Ｈ２」のメインエンジン、「ＬＥー７」の開発でのことだ。「ＬＥー７」は開発段階の試験で、「ターボポンプ」に特殊な“振動”が起きることがわかっていた。過酷な燃焼試験を繰り返しても大きなトラブルは起きず、開発チームは「リスクは小さい」と判断。
 
しかし、１９９９年１１月、Ｈ２ロケット８号機が打ち上げに失敗した。エンジンを回収して調べた結果、原因は「ターボポンプ」に起きていた、あの特殊な“振動”だった。当時は、リスクは小さいと判断されていたものだった。
 
あのとき、原因をとことん突き詰めていれば、打ち上げ失敗は避けられたかもしれない。
 
その後の大きな教訓となったという。
 
なんとしても、想定外の“振動”を根本から解決する。
苦渋の決断ではあったが、年度をまたぐ２度目の延期を決めた。

窮地に立たされた開発チームは思い切った策に出た。

これまでは、振動に対処するための改良型の「ターボポンプ」を１つずつ製造してから、燃焼試験を行い、その効果を確認していた。
 
１つの「ターボポンプ」を準備するのに数か月かかるため、効果を検証するのに時間がかかってしまう。
 
そこで、設計を少し変更した「０の矢」、中程度変更した「１の矢」、大きく変更した「２の矢」という、複数の「ターボポンプ」を同時並行で準備することにした。それらの効果を確認するため、次から次に燃焼試験を行い、短期間でベストな設計を探るという方針に切り替えたのだ。
 
この方針転換は、チームの負担をこれまで以上に重くするものだった。「ターボポンプ」の設計や製造、燃焼試験の準備などが急ピッチで進められるため、現場は「不夜城」と言われるほど、昼も夜も関係ない状態で稼働することになる。
 
しかし、「一点の曇りもない」ロケットを短期間で開発するには、これしか方法がなかった。

種子島宇宙センターの敷地にある、エンジンの燃焼試験を指揮する建物の壁。
 
「日々是燃焼」という文字が書かれた幕が張られている。「燃焼試験を繰り返し、日々精進する」という意味の造語で、かつてＪＡＸＡの技術者がつくったものだ。
 
以前から掲げられていた幕だが、“背水の陣”を敷くチームが、出口の見えない暗闇にも、情熱を燃やして立ち向かうんだという、みずからを鼓舞することばのようでもあった。
 
「日々是燃焼」。
 
チームはこの言葉どおり、改良型「ターボポンプ」の効果を確認する燃焼試験を、去年３月以降８回行い、去年６月の燃焼試験では、ついに、すべての振動を抑えることに成功。
 
そして去年８月、エンジンが過酷な条件でも正常に動くか確認する試験を行った。データを詳しく分析したところ、動作に問題ないことがわかり、今年度中に初号機の打ち上げを目指すことになった。

ついに、出口への光が差してきた。

去年１１月、「Ｈ３」開発は打ち上げ前の最終段階に入った。
 
種子島宇宙センターのロケット組み立て棟の機体を、発射地点に移動させ、エンジンを燃焼させる試験が行われることになったのだ。この試験は「ＣＦＴ」と呼ばれ、打ち上げ前のリハーサルと位置づけられる、最後の関門だ。
 
１１月６日午後５時半。いつも以上に厳重な警戒ゲートでチェックを受け、発射地点に向かった。ロケット組み立て棟の前で待機していると、ついに大扉が開き、その巨体が姿を現した。
 
およそ３０分後、ロケットは発射地点に据え付けられ、翌日の午前７時半を予定している燃焼試験に向け、燃料の充填が始まった。
 
ところが。
 
翌日の午前４時前。
近くの宿で仮眠をとっていると予期せぬ一報が入った。
 
「もしかすると試験が延期になるかもしれない」。
 
出口が見えかけたのに、またしても“魔物”か…。

いったい何が起きたのか。
焦る気持ちを抑えながら、管制室に急ぐ。
 
部屋は多くの技術者たちでごった返し、それぞれ手元の資料やモニターを見ながら、ものものしい雰囲気で何かの議論をしていた。おそるおそる旧知の技術者に状況を聞いてみると、ロケットに取り付けられた装置のひとつに、不備が見つかったという。
 
解決するには、ロケットに人が近づいて作業する必要があるが、すでにロケットには液体水素と液体酸素が充填されていた。ロケットに人が近づくには、これらを抜き取り、再び充填しなければならない。ただ、燃料の抜き取りや再充填は、かなりの時間を要することになる。
 
この日の次に試験が行えるのは１か月以上先で、その場合は、３度目の打ち上げ延期にもつながりかねないという。
 
議論の末、チームは液体水素だけを抜き取るなど、安全に試験を行える方法を確認。試験開始の時刻は遅れるものの、なんとか、この日の午後４時半に燃焼試験を行えるめどが立った。

燃焼時間の目標は２５秒間。
カウントダウン６秒前から燃焼が始まる計画だ。
 
私たちは、ロケットの発射地点から３キロほど離れた管制室の中で、試験の様子を撮影していた。
 
技術者たちは固唾を飲んで、エンジンを映し出すモニターや、計測中のデータを注視する。
 
「１０！９！８！７！６！…」とカウントダウンの音声が続き、担当者が「ＭＥＩＧ（燃焼開始）」とコール。
 
すると、２基の「ＬＥ－９」エンジンが燃焼を始める。

勢いよく吹き上げる、大量の白煙。
すさまじいエンジンのごう音。
 
「５！６！７！８！…」というカウントアップの音声が続く中、時折、エンジンが正常に動作していることを示す、「『ＬＥ－９』正常！」という報告が聞こえてくる。
 
その後も「１６！１７！１８！１９！…」とカウントアップが続き、「ＭＥＣＯ（燃焼停止）を確認」というコールとともに、エンジンは燃焼を停止。
 
目標の２５秒間という、燃焼時間を達成できた瞬間だった。

試験が無事に終わったことが確認されると、技術者たちは総立ちで、握手をしたり抱き合ったり、涙する人もいて、これまでの労をねぎらい合った。
 
しばらくすると、チームの総責任者の岡田さんが建物から出てきた。
そして、これまでになくほっとした表情でこう語ってくれた。

当初の計画から遅れることおよそ２年。
 
最終試験をクリアした開発チームは、「Ｈ３」初号機の打ち上げをことし２月に行うと発表した。
 
ロケットの打ち上げは、成功か失敗かのどちらかしかない。
 
“魔物が潜む”と言われるエンジン開発での苦難を乗り越え、国産の新型ロケットとして“宇宙新時代”を切り開くことはできるのか。
 
限界への挑戦を続けてきた技術者たちは、打ち上げの直前まで最後の調整を続けている。