Venus Aerospace は、世界初の高推力回転デトネーションロケットエンジン (RDRE) の構築とテストにより、2025 年ギズモード サイエンス フェアの優勝者となりました。
質問
科学者たちは何十年もの間、ロケットエンジンの爆発について推測してきましたが、実験室の外で実際にどのように機能するのでしょうか？そして、それはロケット推進における画期的な進歩となり、より効率的な宇宙飛行への新たな道を開くことになるのでしょうか？
結果
2020年に夫婦によって設立されたヴィーナス・エアロスペースは、今年初めに自社のロケットエンジンの初試験飛行に成功しました。この飛行は高速飛行技術における大きな節目となり、商業的な極超音速飛行の実現に世界を一歩前進させました。
5月14日、ヒューストンを拠点とするこの新興企業は、エンジンが点火し、小型ロケットをニューメキシコ州の砂漠の上空4,400フィート（1,340メートル）の高度まで打ち上げ、歴史を作った。
「エンジンがテストスタンドに置かれているのは素晴らしいことです。エンジンは轟音を立て、必要な機能をすべて果たしていましたが、実際にそのエンジンを飛ばすとなると全く違います」と、ヴィーナス・エアロスペースの共同創業者兼CEO、サシー・ダグルビー氏はギズモードに語った。「4年間の夢でした…そして、それは完璧でした。打ち上げはこれ以上ないほど素晴らしいものでした。」
エンジンは7秒間燃焼し、2,000ポンド（約907キログラム）の推力を生み出し、ロケットを時速約383マイル（約616キロメートル）（音速の約半分）まで加速させた。ロケットは約30秒間飛行した後、パラシュートで滑空して降下した。
RDREは、燃焼室内で高圧の推進剤と酸化剤を混合し、一連のデトネーション（爆発）によって推力を発生させます。従来のロケットエンジンは排気ガスによって点火しますが、RDREは衝撃波によって推進力を得ます。「推進剤を一滴ずつ噴射するごとに、より多くのエネルギーを取り出すことができるため、より効率的な燃焼を実現できます」とダグルビー氏は説明します。
デトネーションエンジンには可動部品がありません。燃料と酸化剤を混合することで燃焼が起こり、軸を中心に回転する超音速波によって圧力が発生します。科学者たちは1960年代に初めてRDREの理論を構築し、回転デトネーション波の実験的研究を行いました。 今日では、3Dプリントなどの新技術により、RDREは理論から現実へと進化しています。
なぜ彼らはそれをしたのか
約7年前、ダグルビーさんと夫は日本の横須賀に住んでいました。ある日曜日の午後、夫婦はサシーの祖母の誕生日に南カリフォルニアへ戻るかどうか、そして13時間のフライトに娘たちを連れて行くかどうかについて話し合っていました。
休暇中の物流に関するいつもの会話から始まったこの会話は、アンドリュー・ダグルビーが、理論上1時間で故郷に帰れるロケットエンジンのアイデアを持ち出したことで、画期的なスタートアップの誕生秘話へと発展しました。「その時は文字通り彼を笑ってしまいましたが、そのロケットエンジンは3ヶ月前に実際に飛ばしたんです」とダグルビーは言います。
1年後、2人はヴァージン・オービットで働いており、エンジニアたちはRDREを学術レベルで試験していました。2020年4月、Combustion and Flame誌に掲載された論文では、RDREにおける連続デトネーションの実験的証拠が示され、上段ロケットへの応用の可能性が示されました。
「一緒に仕事をしてきた、本当に賢くて素晴らしい人たちを見回し、きっと誰かがこのエンジンを見て商品化したいと思ったんです」とダグルビーは振り返る。「最終的に、それが私たちだと気づいたんです」
夫妻はパンデミック中に仕事を辞め、爆発ロケット開発という構想を追求することにしました。ヴィーナス・エアロスペースは、世界で最も効率的で再利用可能な極超音速エンジンの開発を目指して2020年に設立されました。以来、同社は8000万ドル以上の資金を調達しています。
彼らが勝者である理由
過去10年間で、ロケット企業の数は、わずか数社の有名企業から、世界中で数百社に及ぶスタートアップ企業へと成長しました。現在、ロケットビジネスは活況を呈しており、再利用可能なロケットと低コストのミッションにより、軌道へのアクセスはかつてないほど容易になっています。しかし、ロケットエンジンの効率はほぼ横ばいの状態が続いています。
Venus Aerospace の RDRE は、従来のロケット エンジンよりも 15% 高い効率を実現するように設計されています。
「これを総合的に見ると、現在スペースXが使用しているエンジンは、50年以上前（アポロ計画の打ち上げに使用）に使用したサターンVエンジンよりもわずか2％程度効率が良いだけだ」とダグルビー氏は語った。
ヴィーナス・エアロスペース社によると、ロケットエンジンの効率向上は、燃料消費量の削減、出力の向上、積載量の増加、そして飛行距離の延長を意味する。この技術は、極超音速航空機の高速飛行を可能にする可能性も秘めている。
「極超音速」とは、マッハ5（音速）以上の速度で移動できる乗り物を指します。この速度であれば、飛行機は東京を離陸し、1時間でロサンゼルスに着陸することができます。
「デトネーションエンジンとラムジェットエンジンの組み合わせは、高速飛行の聖杯です」とダグルビー氏は語った。「可動部品のないエンジン1基だけで、離陸からマッハ4、あるいはマッハ5まで加速できます。それが私たちの究極の夢です。」
次は何か
最初のテスト飛行の成功に続き、Venus Aerospace 社は、商業および防衛分野の顧客から、幅広い用途のデトネーティング エンジンに大きな関心を集めています。
「当社のエンジンを自社のシステムに統合することに強い関心を寄せている様々なグループからの要望に応えるため、引き続き技術開発を進めていきます」とダグルビー氏は述べた。「今後も技術開発を進め、実際に導入・市場投入につなげていきます。」
ダグルビー氏は、同社には「ロケットエンジンふれあい動物園」があると冗談めかして言う。かつては、ヴィーナス社のエンジニアたちが実際に飛行可能なエンジンを開発する前は、失敗した試作品でいっぱいだったという。「成功よりも失敗から学ぶことの方が多いんです」と彼女は言う。「私たちはチームに、素早く失敗し、そこから学び、そして変化を起こすことを強く奨励しています。」
チーム
これは会社全体の取り組みですが、主な貢献者には、共同創設者兼 CEO の Sassie Duggleby、共同創設者兼 CTO の Andrew Duggleby、業務担当副社長の Tom Barron、財務担当副社長の Brian Heckler、製品および先進コンセプト担当副社長の Nick Cardwell、飛行業務担当シニア ディレクターの Dave Mahoney、製造、統合、ロジスティクス担当シニア ディレクターの Aubrey Yates、エンジニアリング担当シニア ディレクターの Eric Wernimont、テスト担当ディレクターの Aubrey McCravey が含まれています。
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