TX079 ハイパーソニックス; 音速をはるかに超えるミサイルの開発と防御

Hypersonics: Developing and defending against missiles far faster than sound

by Staff Writers
Tucson AZ (SPX) Jul 11, 2022

 極超音速時代の軍事作戦に関する課題は計り知れません。しかし、それを解決するために協力し合うイノベーターの能力もまた然りです。

 レイセオン・テクノロジーズ傘下のレイセオン ミサイル・ディフェンス社のウェス・クレマー社長は、投資家に向けて、極超音速(一般にマッハ5以上の速度で飛行する兵器と定義される)の開発・防御に伴う無数の科学・工学問題の解決に向けて、全社的に取り組んでいるチームを紹介し、下記のようなメッセージを述べました。

 ノースロップ・グラマン社のスクラムジェット燃焼器をレイセオン・テクノロジーズ社の空気呼吸型極超音速兵器に統合しています。そして、2021年、米国防高等研究局が業界チームのHAWCミサイルの試射に成功しました。

 ”もっと速くなければならない。さらに、より遠くへ行かなければならない。より長い距離で脅威を察知できなければなりませんし、より長い距離で目標を定めなければなりません。Kremer氏は、軍事用語で標的を倒すプロセスを意味する「キルチェーン」を使って、「より長い距離でキルチェーンをクローズすることができなければならない」と述べました。「複数の領域でそれを可能にしなければならない。私たちがいかに領域を超えて活動し、このような問題を解決するかは、このビジネスにおける真のシナジーのひとつです。

 熱管理、推進、ミサイル開発、地上・宇宙でのセンシングなどの分野で深い専門知識を持つレイセオン・テクノロジーズ社の社員が、数十年にわたる組織的知識とともに新しい問題解決アプローチを組み合わせ、極超音速軍事作戦の時代に米軍と同盟軍に優位性をもたらす方法をいくつか紹介します。

Heat management;熱管理

 極超音速兵器は、その定義からして、スピードが命です。時速3,800マイルで飛行するため、工学的な課題はここから始まります。

 最大の問題は、高速で飛行する機体の上を空気が通過する際の摩擦による熱です。多くの素材は、このような熱ストレスに耐えることができません。耐熱性の高い素材は、重いか、非常に高価か、あるいはその両方である傾向があります。また、耐熱性の高い素材を使うと、ある問題は解決できても、別の問題が発生することがあります。機体が重くなると、速度を出すために推進力が必要になり、より強力なエンジンと燃料が必要になるため、重量とコストが増加するのです。

 レイセオン・テクノロジーズの専門家たちは、こうした熱の問題を克服するために何年も研究を重ね、現在ではその知識を極超音速に応用しているのです。例えば、レイセオン・ミサイル&ディフェンスは、レイセオン・テクノロジーズのもう一つの事業であるコリンズ・エアロスペースと共同で、極超音速飛行に伴う熱管理(Heat Management)の問題を解決するために、航空機のエンジンカバーやブレーキアセンブリなどの部品を高温から保護するような先端材料の利用を検討しています。

 Collins 社は、Raytheon Missiles and Defense 社が Raytheon Technologies 社の傘下で姉妹会社となって以来、極超音速ソ リューションで協働しています。現在では、コラボレーションが容易になっただけでなく、ある事業の技術や知識を他の事業のために利用するという同社の戦略上、不可欠なものとなっています。

Propulsion:推進力

 そしてもちろん、そもそも機体をそんなに速く走らせることができるのかという問題もあります。米国防総省は、ブースト・グライド型極超音速機(ロケットで大気圏上層部まで押し上げる)だけでなく、スクラム・ジェット型極超音速機(高速で移動する周囲の空気を利用して推進用の酸素を供給する)も望んでいると表明しています。

 レイセオン・テクノロジーズは、米軍と協力して極超音速攻撃能力の強化に取り組んでいます。2021年6月には、既存の戦闘機や爆撃機から発射できる固体ロケットブースト式の空気呼吸式極超音速通常巡航ミサイルの開発で、米空軍から3300万ドルの契約を獲得しています。この構想は、極超音速能力を開発するためのオーストラリアとの協力プログラムです。Southern Cross Integrated Flight Research Experiment(SCIFiRE)の初期段階の一部です。

 また、旧レイセオン社とノースロップグラマン社の2019年の提携契約に基づき、「Hypersonic Air-Breathing Weapon Concept」(HAWC)という攻撃システムも手掛けている。レイセオン・テクノロジーズの空気呼吸式極超音速兵器に、ノースロップ・グラマンのスクラムジェット燃焼器を統合しているのだ。2021年、米国国防高等研究局が業界チームのHAWCミサイルの試射に成功した。

Defeating the threat脅威の撃退

 極超音速兵器に対する防御の難しさは、その速度と射程距離に加えて、極めて高い機動性を備えていることにある。陸上、海上、空中、宇宙でのセンサーによる探知・追跡と、運動兵器や非運動兵器のような脅威を無効化するエフェクターで、防御を重層的に構築することが、この組み合わせに対抗する一つの方法である。

 極超音速ミサイル攻撃を打ち負かす最初のチャンスは、それが起こる前、つまり軍事用語で “left of launch “と呼ばれる考え方です。レイセオン・テクノロジーズは、電子戦や指向性エネルギー(攻撃システムを妨害・無効化する高出力マイクロ波など)を利用したアプローチをとっています。

 レイセオン・ミサイル・アンド・ディフェンス社は、脅威を発見することが、敵を打ち負かす鍵となるため、表面レーダーを窒化ガリウム技術で改良し、射程距離を伸ばし、360度の感知を可能にする検知・識別能力を高めています。

 また、攻撃能力の開発から得た教訓を防御システムの開発にも活かしています。防衛システムと攻撃システムは目的が異なるものの、速度、材料、目標までの時間など多くの点で共通しています。

 レイセオン・テクノロジーズは、すでに提供している強力な兵器システムを補完する機能を開発中です。

 極超音速の探知を向上させる先進技術でレーダーを強化することに加え、同社はセンサーフュージョン、つまりコマンド&コントロールを通じて領域を超えてセンサーをネットワーク化し、脅威の全体像を把握する可能性を探っています。これには、地上から宇宙まですべてのセンサーが含まれます。

Space-based sensing:宇宙からの探知

 極超音速兵器は、その速度と射程距離から、発射の瞬間、あるいはそれ以前からセンサーで検知できる宇宙空間で防衛することが課題となっています。

と、レイセオン・テクノロジーズ社(Raytheon Technologies)のミサイル警報・防衛ミッションエリア・ディレクターであるロブ・アルセス(Rob Aalseth)は述べています。

 彼のチームは、極超音速兵器を飛行の全段階において探知、追跡、迎撃するための広範な宇宙技術を開発しています。

 「私たちの会社の特徴は、宇宙、空中、地上でエンドツーエンドのミサイル撃退能力を持ち、極超音速のキルチェーン全体でミッション・エンジニアリングを行うための能力と専門知識のポートフォリオを利用できることです」と、Aalseth氏は述べています。「ハードウェアとソフトウェアを開発し、構築し、宇宙と地上の両方でそれを統合するのです。

 これらのシステムには、光学・赤外線センサー、コマンド&コントロールシステム、地上ミッション管理、膨大な量のデータを処理・分析するアルゴリズムが含まれると彼は言います。レイセオン・テクノロジーズが2020年に買収したブルーキャニオン・テクノロジーズは、小型衛星の内製も可能にしました。

 小型衛星のコンステレーションは、よりスマートで弾力性のある防衛の基礎になると、Aalseth氏は説明します。大型で精巧、かつ高価な衛星を宇宙に投入し、敵にとって魅力的なターゲットにするのではなく、より小型でシンプル、かつ消耗品の衛星の配列にミサイル防衛の仕事を分散させようというのです。

 ミサイル防衛のためには、適切な数のセンサーを適切な場所に配置することに加え、これまでよりもはるかに高速に情報を処理しなければなりません。

 「極超音速の脅威を撃退するためには、レイテンシーが重要なパラメータとなります。」とAalseth氏は言います。

 Raytheon Intelligence and Space社は、高度なミサイル検知・追跡アルゴリズムを使用し、軌道上の衛星に搭載して高精度のミサイル追跡処理を行うことができます。

 「これまでの他のシステムでは、データを地上に送って処理する必要がありました。それは時間の無駄です。」

Developing at speed:脅威の撃退

 極超音速兵器に対する防御の難しさは、その速度と射程距離に加えて、極めて高い機動性を備えていることにある。陸上、海上、空中、宇宙でのセンサーによる探知・追跡と、運動兵器や非運動兵器のような脅威を無効化するエフェクターで、防御を重層的に構築することが、この組み合わせに対抗する一つの方法である。

 極超音速ミサイル攻撃を打ち負かす最初のチャンスは、それが起こる前、つまり軍事用語で “left of launch “と呼ばれる考え方です。レイセオン・テクノロジーズは、電子戦や指向性エネルギー(攻撃システムを妨害し無効化する高出力マイクロ波など)を活用したアプローチで、この分野を担当しています。

 レイセオン・ミサイル&ディフェンス社は、脅威を発見することが敗北の鍵であることから、表面レーダーを窒化ガリウム技術でアップグレードし、射程距離を伸ばし、360度の検知と識別力を高めています。

 極超音速兵器の開発には、もうひとつの課題があります。それは、米軍が従来の取得プロセスでは不可能なほどの速さを求めていることです。

 Raytheon Missiles and Defense 社で Advanced Hypersonic Weapons のシニアディレクターを務める John W. Otto 氏は、「脅威は非常に速いペースで進化しており、従来のスケジュールでは、任務を遂行するための高速かつ長距離の武器という、戦闘員が必要とするものをサポートできません」と述べています。

 このため、Raytheon Technologies 社では、デジタルツイン(仮想複製)の構築や、モデリングとシミュレーションによる予測分析など、デジタルエンジニアリングの手法を採用しています。

 「デジタル環境で作業することで、時間とコストのかかるテストを排除することができます」とオットーは述べています。「デジタルモデルが高度であればあるほど、システムをより早く市場に投入することができます。

 モデリングとシミュレーションは、テストデータの忠実度に依存します。これは、テストを増やし、業界パートナー、学界、同盟国とデータを共有することで改善されます。

 レイセオン・テクノロジーズは、アリゾナ大学、テキサスA&M大学、パデュー大学、米国空軍士官学校、その他の学術機関と極超音速の研究および試験について協力しており、飛行状態を模擬するための風洞の使用や開発の加速化も行っています。

 「大学と協力することで、人とアイデアが集まり、今後の研究の土台を築くことができます。また、将来の労働力を形成する機会にもなっています。」

 大学との連携は、将来の極超音速技術者を育成するための応用研究や新しい学位・認定プログラムなど、トレーニングカリキュラムの作成に役立っています。現在および将来の脅威に対処するためには、専門知識、資金、インフラを共有することが重要である、とオットー氏は述べました。

 「私たちは、HAWCの試験を最初に成功させました。ですから、私たちは多くの進歩を遂げており、システムを飛行させ、その活動から学び、私たちのシステムをさらに改善するのに役立っています。」


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Space Solutions at Raytheon Technologies
Rocket Science News at Space-Travel.Com

Best regards,
Shoichi Sugiyama, Ph.D.

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