スペースXのロケットエンジン　について、解析してみたい

これは過去のブログでも一回、取り上げたことがある、その続編でもある

ロケット本体のお尻には、このロケットユニットエンジンが、なんと３３個配置されている

これがいかに普通ではないか？　

過去のアポロ計画で使われた　サターンロケットと比べると、

その差は明らかだ、サターンは５個。

一個のロケットエンジンユニットに着目すれば、

出力性能は、現在でもサターン型は世界一の性能で、

スペースXは　それを超えていない

制御システムエンジニアの観点から見ても、5つは制御性から理にかなっていて、真ん中が推進力

３６０度の推進方向ベクトル調整を４つでやれば良いのだから、最小構成でシンプルな良いアーキテクチャに見える

一見はそうだが、、、、、

注）ロケットエンジンの単体でも、ジェット噴射方向をぐるぐる変える機能を持っているので、ベクトル制御可能。

　　ただし、一基でそれをやると応答性が悪く安定しない。自分でバランスを崩す。これを相殺する協調制御のためには複数必要。

SPACE-X  のロケットエンジン構成　これはすごい天才的設計だ！！！

これを見た時に　直感的に　意味が掴めた　と思った

念の為　ChatGPT pro にきいてみた

このアーキテクチャの違いの意味を解析してくれと

結果は　下記だ

あほか！　それでは一番大切な　本質を読み解けていない！　

もっと考えろ！　と振ってみる

でも一向に本質を語らない、３回くらい、聞き直したがダメだ

　これは国家機密で、知らないふりをしているのか？　

　或いは本当にアホな文系AIなのか？　

　　本人に聞いたら国家機密を守ってるわけではないとのことだ、

　　なるほど、、、そういうこと！？

私が考えた仮説は、次の2点だ、

　理由１　＝　一個当たりの出力エネルギーは小さくても、

　　　　　　　単位当たりの出力に対する 熱拡散する周辺の空間体積は最大化できる

　　　　　＝　これはつまり、熱による破壊限界をあげることができる　

　　　　　＝　熱に制約受けにくい出力効率が良いユニット　を作れる　

　　　　　　　出力不足は個数で稼げば良い

　　　　　　　　　解説：１箇所に大出力エンジンおくよりも、

　　　　　　　　　　　　３３箇所に分散しておいた方が、熱は拡散しやすく有利

　　　　　　　　　　　　半導体の頭脳チップを　分散配置するのと同じかな

　理由２　＝　小さいユニットの方が、あらゆる面の慣性が小さく、レスポンスが良い

　　　　　＝　微小な高精度な　位置制御ができる　

　　　　　　　サターンロケットよりも約7倍高精度に微小駆動力制御できる

　　　　　　　（D/A変換器の原理）

　　　　　　　　　　　解説：自動車用エンジンは0%-100%の駆動力可変できるが、ロケットエンジンは、

　　　　　　　　　　　50%-100%の範囲しか駆動力可変できず、ほぼこれはON/OFFのデジタルエンジンだ。

　　　　　　　　　　　ユニットが小さいほど微小精度で制御できる。

　　　　　＝　ロケット再回収できる　あのサーカス並みの制御性もこれが原理

　全体の効果は、1つは小さくとも、効率が高い、レスポンスが良い、熱に強い、

　　　　　　　　燃焼ばらつき吸収されNVHも優れる

　　　　　　　　量の不足は　数で調整すれば良い　、

　　　　　　　　いくら増やしても　バランスは高いままだ

　Chat GPT よりも　理にかなった説明と思いませんか？

　　　　前回の　ブログで　古典的なモーター設計の良い例　と　悪い例を　あげたが、

　　　　今回の事例は　先進的な　ロケット開発でも　

　　　　　基本機能第一の原則は　成り立っているということだ

追記）　こんな観点で、ホンダのロケットを分析すると、かなり異質の技術だとわかる

　　　　高度300mほどちょっと飛んで、地面にそのまま帰還する再使用ロケット
ロケットエンジン単体で比較しても
スペースXのエンジン　の　1/400 の推力しかない
これが　たった　２基搭載、　全く違う考え方

小型ロケットで軽いからエンジンが少ない、というだけでは説明つかない
制御屋からみると安定制御するには、３から５基ほしくなる
なぜ、１基でもない３基でもない、２基なんだ？　
1/400 の推力しかないのは、
この研究開発の目的は、衛星を打ち上げる機能は捨てており、
目的はただ一つ、帰還回収の精密位置制御の　技術開発に特化しているのであろう
Hondaの2基エンジンは、
ロケット開発というより　分散アクチュエータシステムの協調制御実験機
として見ると設計意図が非常によく理解できる

きっと、最終的に商業目的で実用化するときは、５基以上で構成するであろう、制御分解能を上げるためには、SPACEXのようにもっとたくさん欲しいがビジネスボリュームの小さい日本では、小型軽量＆シンプル構成を選択するしかなくそこまでは増やさないだろう

では、どうやって、分解能を上げるか？
制御分解能力をあげるために、複数種類の推力違いのエンジンで　構成するかもね
開発余裕あれば、一番大きいエンジンの推力を１として、１、1/２、1/４　の推進力差のエンジンを作れば精度は上がる
お金がないから、どこまで種類数を絞れるかを　見極めるだろう。今の所、たった２基で見事に　帰還制御を成立させてる、筋は良さそうだ。

意外と１種のみで成立させてしまうかもしれない。でも、衛星を打ち上げる推力要件　と　位置制御性要件　のバランスがくずれるから、そうはうまくいかない可能性もある。でもでも車屋ならではで、単体の　駆動力制御の可能ダイナミックレンジを広げてくるかもしれない

いずれにしても、この　日本発ロケットの進化が楽しみですね