2022年12月14日水曜日

Space One スペースワン カイロスロケット打ち上げ能力推定2, Space One KAIROS rocket launch vehicle capability estimation 2

Space One スペースワン カイロスロケット打ち上げ能力推定2

Space One KAIROS rocket launch vehicle capability estimation 2




Update：2022.12.14

English Version


この記事では、前回の記事に引き続き、公表データより、スペースワンが和歌山県串本町から打ち上げを計画している、固体燃料ロケット：カイロス（KAIROS：Kii-based Advanced & Instant ROcket System）の構造、打ち上げ能力等を推定する。







 　　  




       





1．Space Oneの新型固体燃料ロケット：カイロス（KAIROS）の外観情報




　


当日のNHKの報道



【参考資料】以前に開かれたシンポジウム動画（2020年11月08日）


このシンポジウムにおいて、KAIROSロケットに関する、以下の様な、外観情報が公開された。この様な、追加情報を加味して、KIROSロケットに関する能力推定を整理する。






2．KAIROS ロケットの寸法・構造の推定

2次元モデル、分解モデルとして、より詳細な情報が公開された。この情報を使って、寸法、構造の推定を行う。



カイロスロケット寸法推定


カイロスロケット 機体概要図


カイロスロケットの構造の寸法推定を上記に掲載する。3段式+4段目PBSのロケット構造であり、全体的に複合材が多用されている印象を受ける。CGの色合いだけから判断するが、第3段目は複合材のロケットモータケースを使用しており、構造重量低減を狙っている。第4段目と第3段目を連結する、ISA 3/PBS（3/PBS段間構造）も、外観から肉抜きがなされた、炭素系複合材である可能性が高い。




3．KAIROS ロケットモータ、推進系の情報整理


得られた画像から、寸法について割り出し、ロケットモータの諸元について、推定を行った。



カイロスロケット寸法推定


カイロスロケット ロケットモータ比較画像


画像の様に、カイロスロケットの外観から、ロケットモータは、全て2軸のリニアアクチュエータによって稼働するTVCを持っている。ノズルは、接続部分を金属ライナーとして、C/Cコンポジット剤等の複合材で造られた、可動式ノズルが装備されている様に見える。第3段目は、外観から複合材ロケットモータケースを使用しているが、恐らく、第2段目ロケットモータ、第1段目ロケットモータも、複合材ケースを使用していると考えるのが妥当である。


高性能にするなら全段CFRPロケットモータを採用するべきだが、製造コストを抑えるのであれば、金属ロケットモータの方が安いため、第1段目のみ金属ロケットモータにしてコストを抑えつつ、上段に力を注ぐ等の選択肢を取る等、トレードオフで、ハイブリッド構成にしている可能性もある。



【第1段 ロケットモータ】B-1 モータ

　・全　　長　約 8.34m（寸法推定）
　・直　　径　1.35m
　・推　　力　？
　・燃焼時間　？


【第2段 ロケットモータ】B-2 モータ

　・全　　長　約 3.14m（寸法推定）
　・直　　径　1.35m
　・推　　力　？
　・燃焼時間　？



【第3段 ロケットモータ】B-3 モータ

　・全　　長　約 1.8m(報道情報より), 推定寸法 1.76m
　・直　　径　1.35m（新聞記事より）
　・推　　力　約9トン（最大推力）
　・燃焼時間　70秒


【第4段 PBS】KAIROS PAM (Payload Assist Module?)

　・方　　式　1液式スラスタ？×3ユニット
　・全　　長　約？m
　・直　　径　m
　・推　　力　？
　・燃焼時間　？




4．KAIROS 第4段目PBS、KAIROS PAM



カイロスロケットの第4段目PBS部


第4段目PBSとして、「KAIROS PAM」と呼ばれるユニットが搭載されている。PAMは、「Payload Assist Module」の略であろう。PAMは、タンク内部が分かれてない限り、1液式のスラスタとなっている。このスラスタは、PBSの演習120°毎に、合計3基搭載されており、これによって、ピッチ、ロール、ヨ―を制御するものと見られる。

参考までに、イプシロンロケットPBS（ヒドラジン1液式）との比較画像を下記に示す。



KAIROS PAMとイプシロンロケットPBSの比較


スラスタについては、画像情報より、細長いスラスタを利用しているため、IHIが公表している下記のグリーンプロペラントスラスタの様な形状のものを使用していると見られる。


KAIROS PAMとIHIのグリーンプロペラントスラスタ







References


[2] 宇宙シンポジウムｉｎ串本,

[4] 串本シンポジウム スライド,
[5] スペースワンパンフレット, 
[6] Pinot Propulsion Module Series, IHI







Continuing from the previous article, this article estimates the structure, launch capability, etc. of the solid-fuel rocket KAIROS (Kai-based Advanced & Instant Rocket System), which Space One plans to launch from Kushimoto-cho, Wakayama Prefecture, based on published data.






 　　  




       





1．KAIROS rocket Information


On July 24, 2021, an event titled "Space Symposium in Kushimoto" was held. Such symposiums have been held several times in Kushimoto, Wakayama Prefecture, where the launch site is located. This time, too, the symposium was hosted by Wakayama Prefecture. (The registration page has already been removed.)


　


当日のNHKの報道



[Reference] Video of a previously held symposium (November 08, 2020)


The following additional information about the KAIROS launch vehicle was disclosed at the symposium. The following is a summary of the capability estimation for the KAIROS launch vehicle, taking into account such additional information.






2．Estimation of dimensions and structure of the KAIROS rocket

More detailed information is now available as a 2D model and a decomposition model. This information is used to estimate dimensions and structure.



Kairos rocket estimation



Kairos Rocket Outline Drawing


The Kairos rocket is a 3-stage + 4th stage PBS rocket structure, and the overall impression is that composite materials are used extensively, and judging from the CG coloring alone, the 3rd stage uses a composite rocket motor case to reduce structural weight. The ISA 3/PBS (3/PBS interstage structure), which connects the fourth and third stages, is also likely to be made of carbon-based composite material, which has been thinned from the outside.




3．KAIROS Rocket motor and propulsion system information


From the images obtained, we determined the dimensions and estimated the rocket motor specifications.



Kairos rocket estimation



Kairos rocket Rocket motor comparison image


From the appearance of the Kairos rocket, as shown in the image, the rocket motor has a TVC that is operated entirely by a 2-axis linear actuator. The nozzle appears to be equipped with a movable nozzle made of a composite material such as C/C composite with a metal liner at the connection. It is reasonable to assume that the second stage rocket motor and the first stage rocket motor are also made of composite material.

However, if the production cost is to be reduced, metal rocket motors are cheaper, so it is possible that a hybrid configuration is used as a trade-off, such as using metal rocket motors only for the first stage to reduce costs while focusing on the upper stage. The first stage may be a metal rocket motor to reduce cost.



[1st stage rocket motor] B-1 motor

　Length : approx. 8.34m (estimated dimensions)
　Diameter : 1.35m
　Thrust     : ?
　Burning time : ?


[Second stage rocket motor] B-2 motor

　Length : approx. 3.14m (estimated dimensions)
　Diameter : 1.35m
　Thrust : ?
　Burning time : ?


[3rd stage rocket motor] B-3 motor

　Length : approx. 1.8m (based on press information), 
                 estimated dimensions: 1.76m
　Diameter : 1.35m (from newspaper article)
　Thrust Approx. : 9 tons (maximum thrust)
　Burning time : 70 seconds


[4th stage PBS] KAIROS PAM (Payload Assist Module?)

　Method : 1-liquid thruster? ×3 units
　Length  : ?
　Diameter : ?
　Thrust : ?
　Burning time : ?




4．KAIROS 4th stage PBS、KAIROS PAM



4th stage PBS section of Kairos rocket


The fourth stage PBS is equipped with a unit called "KAIROS PAM" (PAM stands for "Payload Assist Module"), which is a single-component thruster unless the tank interior is divided. There are three thrusters mounted at every 120 degrees of the PBS maneuver, which are supposed to control the pitch, roll, and yaw of the rocket.

For reference, a comparison with the Epsilon launch vehicle PBS (hydrazine one-component type) is shown below.




Comparison of KAIROS PAM and Epsilon rocket PBS


As for the thruster, from the image information, it appears that IHI is using a green propellant thruster similar to the one shown below, as it utilizes a long and narrow thruster.


KAIROS PAM and IHI's Green Propellant Thruster


References


[2] 宇宙シンポジウムｉｎ串本,

[4] 串本シンポジウム スライド,
[5] スペースワンパンフレット, 
[6] Pinot Propulsion Module Series, IHI


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