2019年8月ロシアで、原子力推進巡航ミサイル「9M730 ブレヴェストニク」が開発中に原子力事故を起こしたのではないかと話題になっている。本記事では、9M730 ブレヴェストニク 原子力推進巡航ミサイルに関する考察を記す。
1．9M730 ブレヴェストニク 原子力巡航ミサイル
9M730 Burevestnik ブレヴェストニク、ブレヴェスニク（NATO CODE：SSC-X-9 Skyfall スカイフォール）（007のタイトルみたいなNATOコードだな…）は、ロシアが開発中の原子力推進巡航ミサイルである。プーチン大統領が2018年3月1日に、様々な新兵器と共に発表したミサイルであり、原子力のエアブリージングエンジンを搭載する。化学推進ではなく原子力推進を行うため、全世界規模の広大な射程距離を持つとされている。
2．冷戦時代のコンセプトがリバイバル
冷戦時代、原子力推進巡航ミサイルは、1950～1960年代に米国で検討された大陸間を横断可能な長距離巡行ミサイルであった。しかしながら、より短時間で目標に到達できる大陸間弾道ミサイル（ICBM）等の技術の発展により、当時の開発計画は中止となった。
近年、米国は弾道ミサイルを迎撃可能な、弾道ミサイル防衛（MD）の整備を進めており、ロシアはこれに対抗するため複数の対抗手段を模索しており、その答えの一つが、1950～1960年代の米国のコンセプトをリバイバルさせた、ブレヴェストニク巡航ミサイルである。
MDをかいくぐる目的で複数の新兵器開発がロシア国内で実施されており、プーチン大統領が同2018年3月1日発表したアバンガード等の新兵器群と方式は異なるが、目的は同じである。
【プーチン大統領が2018年3月1日に紹介した新兵器に関する関連記事】
ロシアの新型ICBM 極超音速グライダー型スクラムジェットエンジンミサイル：アバンガルド 第1回目, Russian new ICBM with hypersonic glider scramjet engine missile: Avangard (1)
ロシアの新型ICBM 極超音速グライダー型スクラムジェットエンジンミサイル：アバンガルド 第2回目, Russian new ICBM with hypersonic glider scramjet engine missile: Avangard (2)
なお、ソ連においても､大陸間巡航ミサイルというコンセプトは存在したが、｢原子力推進｣での開発とはなっていない。ブーリャ（Burya La-350）等の大型化された化学推進ラムジェット巡航ミサイルの開発に留まった。
Burya La-350 ラムジェット大陸間巡航ミサイル
米国でも化学推進の長距離巡航ミサイルは、原子力推進ラムジェットミサイル SLAMを開発していたのと同時期に、ナヴァホ（SM-64 Navaho）ラムジェット巡航ミサイル、スーナク（SM-62 Snark）ターボジェット巡航ミサイルが別の計画として開発を実施していた。これらは、SLAM同様、大陸間横断可能な長距離飛行が可能な性能を目指していた。
SM-64 Navaho ラムジェット巡航ミサイル
3．かつて計画された原子力推進ミサイル：原子力ラムジェットミサイルSLAM
公開情報において、かつての米国では原子力ラムジェットミサイル：SLAMを開発していた。原子力推進の超音速低高度ミサイル：SLAM（Supersonic Low Altitude Missile）は、米国で1955年に構想され、1964年に中止になった開発計画である。
SLAM（Supersonic Low Altitude Missile）
SLAMは、原子力推進のラムジェットエンジンを搭載し、低高度において地上防衛レーダーをかいくぐり、核弾頭を敵地に打ち込むミサイル計画であった。約182,000kmの航続距離が計画され、地球の直径の4.5倍以上を飛行出来る目標性能を掲げていた。しかしながら、この計画は、1950～1960年代のICBMの技術開発により時代遅れの概念となる。また、地上配備の防衛レーダーの発展により、低高度でレーダーを回避するという回避戦略も陳腐化した。
加えてSLAMは、実現性に対する深刻な問題も抱えていた。化学燃料を燃焼するのではなく、空気取入口から取り込んだ空気を加熱（原子炉側としては冷却）することで推進するタイプのラムジェットエンジンを搭載していたが、空気を原子炉に対して直接冷却・熱交換することで、推進ガス（高温空気）を得るため、大量の放射性物質を大気中に放出する仕様であり、これは問題視されていた。
（ただし、ミサイルが高速化されているため、原子炉の熱を受け取って放出される放射化した空気は、一か所に留まることなく、広い範囲に拡散する。このため地上への影響は低レベルであると当時は主張されていた。）
巡航ミサイル用原子力推進ラムジェットエンジン開発としては、「プロジェクトプルート」という計画が進んでいた。アプリケーションとしての応用先・搭載先は、先に述べたSLAMである。1961年と1964年に、米国エネルギー省ネバダ実験場にて2つの原子力推進エンジンが試験されている。
当時のエンジンに対する主な技術的課題は､原子炉小型化とエンジンの耐熱性であり、冶金学と材料工学が実現のボトルネックであった。試験を行っていた「Tory」というコードネームのエンジンは、運転状態において、通常のジェットエンジンで使用される金属を溶かす高温状態となるため、それに耐えうる材料開発が必要で、高温耐性を持つセラミックを含む核燃料、セラミック耐熱材の新規開発が実施されていた。
3-1．原子力ラムジェットエンジンの作動原理
原子力ラムジェットエンジンの概要図と
ローレンスリバモア研究所が見積もったマッハ数と熱交換器の温度例
※混同しないために、この方式はSLAMの方式で、ブレヴェストニク巡航ミサイルの作動原理でないことをまず断っておく。
SLAMは、原子力推進ラムジェットエンジンを使用していた。これは、固体ロケットブースターにて機体を加速させ、エンジンの空気取入口に単に空気が入ってくるだけで、空気を圧縮出来るラム効果が利用できる速度域（実用的には、マッハ1以上）でエンジンを起動させる。これにより、圧縮した空気を取り込み、原子炉との熱交換器で空気を加熱、高温の空気をノズルから膨張させることで、高速ガスに変換し、推力を得ることが出来る。
通常のラムジェットエンジンは､空気と燃料を混ぜて化学燃焼させて高温高圧のガスを得るが､原子力ロケットエンジンは、原子炉から直接空気を熱して高温ガス（空気）を得る。推進装置ではなく、原子炉側を主体とした場合は、この熱交換過程が、原子炉の冷却過程となる。つまり、熱交換のバランスが崩れるとメルトダウンする可能性がある絶妙なバランスの上に成立するエンジン技術である。
4．公開されたブレヴェストニク巡航ミサイルの映像
かつて米国は、ラムジェット式の原子力推進エンジンを開発を試みたが、今回ロシアはジェットエンジン式、即ちターボジェットエンジンやターボファンエンジン型の原子力推進エンジンを開発しようとしている様に見える。それは､公開されているプレヴェストニク巡行ミサイルの映像から判断できる。
ロシアが公開したブレヴェストニク巡航ミサイルの試験映像
4．公開されたブレヴェストニクは、ステルス性を意識した亜音速巡航の原子力ジェットエンジンミサイルか？
先に紹介したSLAMの様にラムジェットエンジン搭載の機体は、超音速飛行が前提であり、衝撃波発生を想定しているために機体先端やエンジンの空気取り入れ口は鋭角になっている事が多い。しかしながら、公開された映像を見ると、ブレヴェストニク巡行ミサイルのノーズ部分は、その様な形状にはなっていない。
ブレヴェストニク巡航ミサイルと各国の亜音速巡航ミサイルの先端部比較
ステルス性を考慮した亜音速ミサイルである様に見える
ノーズ部の先端形状がそれほど尖っていないことから、このミサイルはマッハ1を超えるような高速度域を狙っている様には見えない。亜音速巡行ミサイルのノーズ部先端形状の様に見える。
似たような先端形状をしているミサイルとしては、米国のAGM-158 JASSM、ロシアのKh-101、フランス&英国のStorm Shadow等が挙げられる。どれも亜音速巡行に対応したミサイルで、加えてステルス性も意識された設計になっている。
ブレヴェストニク巡行ミサイルのノーズ部は、断面が三角形になっており、横から来るレーダー波を垂直に反射させない形状になっている。またノーズ部正面形状は上記の他ミサイル同様にステルス性に気を使っている様に見える。この映像を信じるなら、ブレヴェストニク巡行ミサイルは、ステルス性をある程度意識した亜音速巡航ミサイルとして設計されているのではないか。
ここから、ブレヴェストーク巡行ミサイルに搭載されているのは、原子力推進ラムジェットエンジンではなく、原子力推進ジェットエンジン（即ちターボジェットエンジンやターボファンエンジン型の原子力推進エンジン）を搭載していると考えられる。原子力によって射程は無限大だったとしても、速度は音速以下でそれほど早い訳ではなさそうだ。
ソ連時代において、有人航空機用途の大型の原子力推進ターボジェットエンジンの研究開発実績をロシアは持っているが、米国の様にミサイル用途の小型の原子力推進ラムジェットエンジンの開発実績はない。（公開情報としては無い）
この辺の過去の開発実績が、規模は異なるが方式として実績のある原子力推進ジェットエンジンを選択した理由の一つなのではないか。
4-2．ブレヴェストニク巡航ミサイル発射シーンに関する考察
ブースター燃焼時のブレヴェストニク巡航ミサイル
機体の腹に大きなブースターを抱えている
（下2つは画像解析のため白煙が消えている）
試験時の発射動画を見ると、腹に抱えた単純な固体燃料ロケットブースターで加速し、その後原子力エンジンに切り替える方式であることが分かる。この様な本体に対して、腹に抱えた大型のロケットブースターは、エンジン始動後切り離すと見られる。
チェイサー機のコックピットからの試験映像画像
動画では、ロケットブースター作動時「のみ」の映像を映しており、試験時のチェイサーとして有人航空機からの映像が映っているが、ブースターの白煙が雲の間に続く状態の場面しか撮影してない。（つまり、ブースター燃焼時）
同時に映っているミサイル映像も、ブースター火炎と白煙が続く状態の拡大図のみである。つまり、公開された映像は終始原子力ジェットエンジンが「作動してない状態」の映像しか見せていないと判断できる。
5．ブレヴェストニク巡航ミサイルの技術課題
5-1．かつて存在した米ソの原子力推進ジェットエンジン
米ソ両国とも、1950～1960年代において、原子力推進ジェットエンジン（原子力推進ターボジェットエンジン）の開発を行っていた。
米国GEが開発を行っていた原子力ジェットエンジン例：XNJ-140E
酸化ベリリウム原子炉式の原子力ジェットエンジンであった
最大出力121MW、最大乾燥重量27.5 トン(4.4kW/kg)
米国では、ロスアラモス国立研究所で研究されていた直接サイクルのガス冷却式原子炉が、各種の原子力推進エンジン研究開発へと発展した。直接サイクル型原子炉の開発（1951～1961年）は、主に3つの推進システム、原子力推進ターボジェットエンジン、原子力ラムジェットエンジン、原子力推進ロケットエンジンの開発が実施された。（SLAMはこの内の原子力ラムジェットエンジン）
1956年にソ連で検討された2形式の原子力ジェットエンジン
ターボ機械とシャフトが原子炉の外側にあるロッカー型（上）と同軸型（下）である
ソ連については、公開されている情報は米国に比べて限られるが、原子力推進ジェットエンジンの計画が米国と同時期に存在した。ソ連にはSLAMの様な原子力推進ラムジェットの研究開発を行っていたという情報はないが、一方で原子力推進ターボジェットを搭載した有人航空機の研究開発は実施されていた。
Myasishchev設計局では、M-30、M-52、M-56K、M-60等といった、原子力推進ジェットエンジン搭載型航空機の開発を行っていた。これらの原子炉では、原子炉からエンジンに熱を伝達するため、リチウムやナトリウムといった溶解金属冷却材が使用されていたという情報がある。一方で、エンジンは巧妙に作られており、｢通常の航空燃料」でも作動するデュアル式であったらしい。（航空燃料を使用する場合は、原子炉を停止した状態での使用と見られる）
5-2．ミサイル用原子力推進ジェットエンジンの技術課題
米ソが原子力推進ジェットエンジンの研究開発を中止して、半世紀以上経つ。しかし、再度原子力推進のジェットエンジンを開発しようとすれば、その技術課題は以下の様に今もなお当時と同じ物なものになると考えられる。
当時の研究開発は、ソ連は有人大型爆撃機に搭載することを目指したが、ブレヴェストニクは巡航ミサイルであり、｢小型化」という課題もある。
1．熱制御・熱マネージメント技術
ミサイルは航空機に比べて規模が小さく、搭載できるジェットエンジンも小さくなる。その結果、原子炉にとっては冷却用の空気流量が少ないので、どう効率よく冷却するかが課題となる。（＝どう空気を効率よく加熱して空気を膨張させて推進力を与えるか）
2．耐熱性材料技術
冷却出来ない部分は、材料の耐熱性で対応するしかない。
3．小型原子炉技術
ミサイル規模の機体に実装できる原子炉の小型化が必要。その他各種補機の小型化。
⇒ 空気は推進剤である一方で、原子炉を冷却する冷却材である。（ブレヴェストニクがSLAMの様に直接冷却（1次冷却）で放射能を吐き出すのか、2次冷却でそれが抑えられているのかは不明）入ってくる空気流量や空気密度の関係で、巡航高度が制限されたりする可能性があるのではないか？
6．ブレヴェストニク巡航ミサイルの事故原因は何だったか？（推論）
以下は全て推定・推測となることをご了承願いたい。
2019年8月8日にロシア北部アルハンゲリスク州ニョノクサ近くにある、海軍の海上実験場で8日、爆発事故が発生し、実験作業にあたっていたロシアの原子力企業ロスアトムの職員5人が死亡した。
この事件について発表では、当初「ジェットエンジンの実験中に爆発」「液体燃料ジェットエンジンの実験中に爆発」と報道されていた。その後、「アイソトープ動力源（電池）」等、発表内容錯綜しており、原子力推進エンジンの事故を隠すためなのではないかと専門家等から意見が出ていた。
数日経過して、ブレヴェストニク巡航ミサイル開発中の事故であることの可能性が濃厚となってきたが、詳細については秘密事項であり、公にされていない。
当初の発表が嘘だったのではないかという意見があるが、言い回しの問題で、一部については嘘をついてないかもしれない。理由は以下のとおりである。
- ブレヴェストニク巡行ミサイルには、原子力推進ジェットエンジン（ターボジェットエンジン or ターボファンエンジン）が搭載している物と見られる。ジェットエンジンは、外部から空気を取り入れて噴流（ジェット）を生成する推進機関と定義されるので、「ジェットエンジンの実験中に爆発」という報道は嘘ではないとロシア側は主張出来る。
- 以前、ソ連が開発していた大型爆撃機用の原子力推進ジェットエンジンは、原子力推進を行いつつも、「通常の航空燃料」でも作動するデュアル式であったという情報がある。もしもブレヴェストニクに搭載されているエンジンがデュアル式であれば､液体燃料でも稼働するので、「液体燃料ジェットエンジンが爆発した」とロシア側が主張しても嘘ではない。
- また、エンジンを始動するためのスターターに「液体燃料」を使用していれば、始動時の一部を切り取れば、「液体燃料ジェットエンジン」とも言えなくはないので、ロシア側は嘘ではないと主張出来る。
事故原因は、発表が二転三転しており、真実は不明だが、「原子力推進ジェットエンジンの地上運転時に失敗した」という辺りが妥当な線ではないか。
上記の3番目で、スターターの話に触れたが、固体燃料ロケットブースターを使用して、ジェットエンジン回転部、原子炉が起動してない状態から発射されると考えられる。原子力推進ジェットエンジンの始動は、空中で行われることになると推測する。この推測には、以下の様な理由がある。
- ロケットブースターによる急激な加速度環境に起動した原子炉を晒すよりは、加速度が弱くなってから起動する方が、安全上理にかなっている。
- 地上で原子炉を始動して、ランチャー内部・周辺で事故があった場合、自爆状態になり、放射能をまき散らしランチャー周辺に近づけない。このため、発射後に距離を取った上でエンジンを始動する可能性が高いと推測する。（まあ今回は、自爆した訳だが…）
- 有人航空機にソ連がかつて搭載した原子力推進ジェットエンジンは、運転時に発生する放射線から乗員を守るために金属製の重たいシールドが必要であり、それらを搭載していた。積めば積むほど機体重量が重くなるシールドを余裕のないミサイル機体内部に搭載し、原子炉全方位から放射線が出ない様にシールド処理を施すだろうか？敵に対して打ち込む使い捨てのミサイルに、そこまで配慮するだろうか？仮に軽量化のためにシールドが不十分とすると、地上で十分な環境を整えず、原子炉を起動する行為は、被爆行為となる。
- 仮に軽量化のためにシールドが不十分とすると、ロケットブースターはジェットエンジンを起動できる所定の速度に到達させるための加速装置だけでなく、ロシア側から十分離れた安全圏でエンジン内部の原子炉を起動するために必要な安全装置になる。
（余談だが、ブレヴェストークに対して迎撃を行うため近づくミサイルを考えると、シールドが不十分な方向から接近すれば､放射線によって電子機器に誤作動が発生する可能性があのではないか？）
そして、原子力推進ジェットエンジンが始動する際には以下の様なシーケンスを取るものと考えられる。
- 固体燃料ロケットブースターでエンジンが起動できる所定の速度まで加速。
- 液体燃料等の化学剤スターターにより、ジェットエンジンを起動、空気を取り込み回転数を定常状態まで上げる。
- 原子炉を起動、空気での冷却開始・推進ソース切り替え。
- エンジンの定常巡行運転開始
といった具合だろうか。始動時の一部を切り取れば、「液体燃料ジェットエンジンの実験中」とも言えなくはない。
しかし、ブレヴェストニク巡行ミサイルの開発が進めば、この手の兵器は搭載弾頭が何であろうと、目標に命中しても、飛行に失敗しても、「原子力推進ジェットエンジン」という名の小型原子炉が、地面や海面に叩きつけられる。結果として、今回の事故の様に放射能汚染されることになる。弾頭抜きでも、この手のミサイルは、デフォルトのダーティーボムとなる、やっかいな兵器になるだろう。
References
[1] Ракета 9М730 / Крылатая ракета с ЯЭУ, http://militaryrussia.ru/blog/topic-895.html[2] ロシア軍施設で5人爆死 原子力推進式ミサイル実験で事故か,
https://www.bbc.com/japanese/49327600
[3] В "Росатоме" рассказали подробности взрыва при испытаниях ракеты,
https://ria.ru/20190810/1557375134.html
[4] "Росатом" объяснил радиационный скачок в Северодвинске,
https://rg.ru/2019/08/10/reg-szfo/radiacionnyj-skachok-v-severodvinske-poluchil-obiasnenie-v-rosatome.html
[5] 放射線量も上昇「ロシア爆発事故」を引き起こした「秘密兵器」実験, 小泉悠 2019年8月10日
https://www.fsight.jp/articles/-/45733
[6] ロシア軍施設で爆発事故、原子力推進巡航ミサイルの可能性, JSF, 2019/8/10(土) 23:58
https://news.yahoo.co.jp/byline/obiekt/20190810-00137920/
[7] ロシア爆発、兵器用の小型原子炉開発に関連, 共同通信
https://this.kiji.is/533750027298817121?c=39550187727945729
[8] М-60. Атомный самолёт В.М. Мясищева
https://topwar.ru/77826-m-60-atomnyy-samolet-vm-myasischeva.html
[9] SOVİET TOP SECRET NUCLEAR AIRPLANE M-60,
https://www.akademiportal.com/soviet-top-secret-nuclear-airplane-m-60/
[10] SLAM, https://www.globalsecurity.org/wmd/systems/slam-pics.htm
[11] “Flyable” Reactors & Neutron Coupling,
http://www.holosgen.com/about-us-1-2/
[12] XNJ140E part 1, http://www.aerospaceprojectsreview.com/blog/?p=894
[13] XNJ140E part 2, http://www.aerospaceprojectsreview.com/blog/?p=903
[14] https://www.wikipedia.org/
[15] https://twitter.com/toughsf/status/1016013116067500032
[16] University of California Radiation Lab, Livermore site,
https://www.osti.gov/servlets/purl/4217328
[17] ロシアのミサイル実験中の爆発事故、放射性物質を使った動力源が関与,
https://www.bloomberg.co.jp/news/articles/2019-08-13/PW5VFC6TTDS101
[18] Burya La-350, https://fas.org/nuke/guide/russia/icbm/burya.htm
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