エンジン専業で宇宙産業に参入　再使用型ロケット向けのエンジン開発を目指す

ロケットって非常に面白くて、工程の8 ～ 9割がエンジンの開発なんです。開発・生産コストでも6〜7割を占めます。業界全体を発展させていくには、エンジンに特化した技術を高めていく必要があると感じ、独立を決意しました。私自身は自動車分野、特にレーシングエンジンの開発に携わってきた経歴があります。前職では社内起業家制度を利用してロケットプロジェクトを立ち上げ、5年間、開発に従事してきました。しかし、1社だけではなく複数のロケット事業者様と連携することで開発を加速したいと考えました。

1つのロケットで100 ～ 200回の再使用を目標としているため、特に配慮しているのは安全率の設定やメンテナンスです。また、使い捨てロケットならば、“最大出力”だけで運転をおこなうことができますが、再着陸型ではエンジン出力を絞り、精密な制御を行わなければ適切な着陸ができません。このようなエンジンの微細な制御技術にも注力しています。現時点では、最初のエンジン試作機の製作に向け、部品単位から開発を進めている段階です。

Ansys FluentやAnsys CFXが業界標準ですし、これまでの経験上非常に良いソフトだということも知っていました。しかし価格面で導入は困難と考えていました。

たとえば、燃焼室の軽量化のための形状検討では、Ansys Mechanicalで構造解析を行い、設計した形状が狙いどおりの条件を満たすかを確認しています。また、部品内部流れの最適化、冷却効率の均一化、圧力損失低減などの解析にはAnsys Fluentを使用しています。ロケットでは燃料となる酸素を液化し、約−200℃の極低温状態で機体に搭載します。この液体酸素は、エンジンを冷却する流体として使われたあと、最終的には燃焼させるという複雑なシステムになっています。燃焼室は円筒形をしており、冷却が不均一だと、局所的に熱が集中して、部品が溶けるおそれがありますので、冷却流体が燃焼室全体に均一に行き渡るよう、流路形状の最適化が必要になります。
このような各過程のシミュレーションで必要になるソフトウェアが、パッケージとして提供されている点は、とてもありがたいと感じています。スタートアップ企業は日々の業務が立て込むため、用途ごとにソフトウェアを選び、比較し、導入を検討するだけでも大きな負担になります。そうした作業に時間と労力を取られずに済むことは、開発を前に進めるうえで大きな助けになっています。

私は大学時代に Ansys Fluentに触れた経験がありますが、本格的に使い始めたのは数か月前からです。
マニュアルを詳細に読み込むことなく、インターフェースを確認するだけでパラメーター設定が可能です。また、結果の表示についても必要な操作が直感的に理解できるよう設計されています。メッシャーなども安定していて、手間なくきれいに切ってくれるなど、機能やサポートが充実していて使いやすく、コスパもよく、すべての要素が揃っています。これほど優れた環境は他にないのではないでしょうか。

たとえば燃焼試験は、ロケットに搭載される前にエンジンの性能・機能を確認するために地上で実施される試験ですが、ロケットエンジンを試験スタンドに固定し、液体酸素や液体水素などの推進剤を供給して実際に燃焼させます。そして、推力や温度、圧力、ひずみなどのデータを測定します。JAXAさんとかだと真空状態にした試験なども実施していますが、すごくコストがかかるんです。幸い、これまで構造解析では、燃焼試験の結果とシミュレーション結果がほぼ同一になっています。流体解析はまだ工夫の余地はありますが、かなりうまくいっていると思います。

とあるお客様との協力案件では、燃焼試験後にヒートスポット（局所的な高温部）が発生し、一部の金属が変色するという問題が発生しました。燃料の流れのよどみや不均一性を疑い解析したところ、現象を再現することができました。形状を変更＆最適化することで、次回試験時には改善できました。

また、ターボポンプの軽量化および形状最適化のために構造解析および流体解析を行いました。ロケットエンジンのターボポンプは、世界でも最も高回転する機械の一つで、回転数は50,000〜100,000rpmに達します。これは航空機のジェットエンジンの約10倍という回転環境です。この極限状態での振動や遠心力の解析にAnsys Mechanicalを活用することで応力分散し、従来から20％の軽量化に成功しました。

まずロケットエンジンの燃焼を成功させ、国内のお客様にご利用いただきたいと思っています。そして、国内での衛星打ち上げ成功を実現します。日本国内ではまだ、新規参入のロケット事業者様による衛星打ち上げ成功例がありません。当社の部品やエンジンをご活用いただき、今後２～３年で打ち上げを実現することが目標です。