61A-Z-2022-013

宇宙旅客輸送推進協議会（SLA） 第3回シンポジウム

PKG2検討結果について
2022年 6⽉ 6⽇

宇宙輸送システム技術部⻑

⽮⽊ ⼀博

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⽬次
1. はじめに
2. SLAからの検討条件
3. 宇宙輸送インフラ及びこれを⽤いて⾏う輸送サービス像、そこで活⽤される宇宙輸送システムの姿等の構想
4. 輸送体系への要請・要求
5. 必要とされる主要アーキテクチャとその選択肢
5.1. 1段式（SSTO）／2段式（TSTO）の⽐較検討
5.2. 離着陸⽅式（⽔平／垂直）の⽐較検討
5.3. 推進系の⽐較検討
5.4. 候補形態の得失⽐較

6. 技術課題の抽出
7. 概略の研究開発計画
8. まとめCopyright © 2022 IHI AEROSPACE Co., Ltd. All Rights Reserved.

1. はじめに

 IHIエアロスペースがSLAより受託した「2040年の社会ニーズに対応する有⼈宇宙輸送サービス構想と必要技術の検討」の成果について概要を報告する。

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2. SLAからの検討条件
2040年時点の世界観における宇宙輸送の世界市場規模

 SLAより受領したインプットパッケージ（PKG1）に基づいて検討。
 2040年の世界観における宇宙輸送の状況を念頭に有⼈宇宙輸送サービス構想と必要技術の検討を⾏った。
技術検討への要請サマリ

検討を⾏う上での8つの観点
①
②③
④⑤
➅

➆
⑧Copyright © 2022 IHI AEROSPACE Co., Ltd. All Rights Reserved.

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3. 宇宙輸送インフラ及びこれを⽤いて⾏う輸送サービス像、そこで活⽤される宇宙輸送システムの姿等の構想〜 前提 （2項の要請サマリより） 〜• スペースポート: 東京・LA・欧州の3都市

東京LA（北半球を概ね3等分，各間9000km前後）•

運航業者5社（⽶3,欧1,⽇1）⇒ マーケットシェア20%
マーケット全体規模︓200万⼈・4万トン/年⇒
旅客輸送︓40万⼈/年規模，物資輸送︓8000トン/年規模

欧州

P2Pミッション•東京↔LA，東京↔欧州の2路線 各60分で結ぶ ⇒ 平均時速9000km ≒ Mach 7~8が必要•

乗客50⼈/回×12回/⽇・路線 ⇒ 30万⼈/年（6000回/年） ⇒ 30機あれば1機あたり200回/年，0.8回/⽇•

貨物10トン/回×1回/⽇・路線 ⇒ 5000トン/年（500回/年） ⇒ 2機あれば1機あたり250回/年，1回/⽇

LEOミッション•東京↔LEO ⇒ 到達速度 8km/s ≒ 時速30000km•

乗客50⼈/回×12回/⽇ ⇒ 15万⼈/年（3000回/年） ⇒ 15機あれば1機あたり200回/年，0.8回/⽇•

貨物10トン/回×1回/⽇ ⇒ 2500トン/年（250回/年） ⇒ 2機あれば1機あたり125回/年，0.5回/⽇⇒ 合計︓ 45万⼈/年の旅客輸送，7500トン/年の物資輸送
総⾶⾏回数︓約1万回/年，総機数約50機（200フライト/年）
価格︓1フライト 0.5〜1億円 ⇒ 5年で500〜1000億円/機≒⼤型⺠間機価格500億円/機Copyright © 2022 IHI AEROSPACE Co., Ltd. All Rights Reserved.

※1︓乗客1⼈あたり貨物換算200kgと仮定※2︓実質運航可能⽇数は250⽇/年と想定※3︓乗客単価100〜200万円、荷物単価1000万円/t
53. 宇宙輸送インフラ及びこれを⽤いて⾏う輸送サービス像、そこで活⽤される宇宙輸送システムの姿等の構想

宇宙輸送システムの全体像構想

地上～LEO施設

500km

オービタル
100km

二地点間高速輸送
（P2P）

10km
管制局
第1段着陸

東京
リニア・⾼速道路

Spaceport Bldg.

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追跡管制局
整備ドック

都市別のSpaceport64. 輸送体系への要請・要求
 2項の8つの観点・価値 ⇒ これを実現する機能を展開（⾚太字で重要機能識別）⇒ 5項以降での得失検討の項⽬に。
8つの観点・価値①有⼈安全性②⾼頻度⼤量輸送③製造運航分離④⽴地・アクセス⑤乗客負担低減➅旅客貨物分離➆環境負荷低減⑧⽇本の勝ちワザ

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4. 輸送体系への要請・要求⑧⽇本の勝ちワザ ⽶⺠間の代表例として，Space X社Starshipによる旅客輸送サービスに関するリサーチに基づく2040年の状況を想定し，⽇本国内交通体系の動向を踏まえ⽅策を検討。

検討材料︓2040年動向想定
2040年のSpace X社（Star Ship）の動向想定 ※公開情報をもとにIAで想定
機体形態

2段式（Rocket Rocket）ともに機体再使⽤可離着陸⽅式

垂直離着陸使⽤燃料

LOX / 液体メタン

射場

アメリカ合衆国テキサス州をハブ射場
垂直離着陸に対応したビル型搭乗設備を各地洋上に建設射場へのアクセス

最寄り⼤都市圏からバス / ⾼速船
富裕層向けに空⾶ぶタクシー（リムジン）

打ち上げ頻度

5フライト / 1⽇

フライト1回あたり搭乗⼈数

100⼈ / 1フライト

Star Ship射場イメージⒸSpace X

2040年の⽇本国内交通体系の想定
富裕層への空⾶ぶタクシーの⼀般化
リニアモーターカー等による鉄道⾼速化
⽔素燃料の⼀般化（⾃動⾞、⾶⾏機）
運転⾃動化 セルフダメージチェック
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Ⓒ Joby AviationⒸ東海旅客鉄道Ⓒ川崎市
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4. 輸送体系への要請・要求⑧⽇本の勝ちワザ

Space X社のweak pointは︖

 定時運⾏性に懸念⇒ 垂直離着陸機体のため、乗客の乗降・貨物の積込みが⻑時間 スペースポートへのアクセス性の悪さ⇒ ハブ空港が都市圏から遠距離、ドアtoドアが不便（ニューヨークから⾶⾏機で6Ｈ、⾼速鉄道なし）スペースポートの候補地
⻘線︓スペースポートアクセス線南回り（リニア）
⾚線︓スペースポートアクセス線内房回り（リニア）⻩線︓⽔素パイプラインルート
成⽥空港

⽻⽥空港

⽇本の勝ちワザ ⽇本のエアラインの⾼い定時運⾏率の活⽤⇒ AIを⽤いた故障予測や疲労度チェックでターンアラウンドタイム最⼩化、⽋航・遅延の防⽌。
 スペースポート⇔都市間の速達パッケージ⇒ リニア・空⾶ぶタクシーの活⽤。特にリニアは天候・事故に影響されず、⼤量輸送・定時運⾏率UP。
 燃料⾼速充填⇒ ⼯業地帯からスペースポートまでのパイプライン化等。
（燃料候補は⽔素、メタン、ケロシン）

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スペースポート
候補地②

スペースポート
候補地①【選定基準】
・⾸都圏・国際空港からのアクセス性
・燃料供給の容易さ（化学プラント密集地域に近接）
・⾮⼈⼝密集地域

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5. 必要とされる主要アーキテクチャとその選択肢
機体の主要アーキテクチャを決める３要素についての検討① ステージング︓ 1段式（SSTO） ／ 2段式（TSTO）② 離着陸⽅式︓ ⽔平 ／ 垂直③ 推進系︓ ロケットエンジン ／ エアブリージングエンジン⇒ 全体のトレードオフ（４項で整理した価値と機能に基づく）『乗り⼼地が良く、⼩さくて、シンプルな機体』 を⽬指して︕

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105.1. 1段式（SSTO）／2段式（TSTO）の⽐較検討
質量（機体規模）の⽐較（NASAのTM※より）
 前提条件 ︓ペイロード11ton（50⼈乗り規模）＠⾼度400km、軌道傾斜⾓51.6°
 推進剤量は、2段式＜1段式（エアブリーザなら+100ton程度）だが、全備重量はそれほど変わらない。
 エアブリーザ（⽬標速度︓Mach7程度）が可能なら選択肢として1段式もあり得る。

SSTO Rocket

全備質量 ton※参考⽂献
・NASA TM-109693 ACCESS TO SPACE STUDY Summary Report

1000

ペイロード800

構造重量600

推進剤4002000SSTO
RocketSSTO AB&Rocket
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注）・Rocket︓ロケットエンジン
・AB︓エアブリーザ

SSTO
AB & Rocket

TSTO
AB / Rocket

機体形態
TSTO AB/Rocket
115.2. 離着陸⽅式（⽔平／垂直）の⽐較検討
 乗り⼼地や乗降時間（ターンアラウンドタイム（TAT）に影響）の観点からは⽔平離着陸が良い。
離着陸⽅式

⽔平離着陸

垂直離着陸イメージ©SpaceX©Virgin Galactic

⼈体への影響搭乗時に要する時間

加減速方向
重力方向

○

△

・離着陸時の加減速
⽅向＝前後⽅向（⼈体に寛容な⽅向）・離着陸時の重⼒⽅
向＝上下⽅向（頭に⾎が上らない）⇒乗客負担低減の点
で有利

・離着陸時の加減速⽅
向＝前後⽅向（⼈体に寛容な⽅向）・離着陸時の重⼒⽅向＝前後⽅向（頭に⾎が上る）⇒乗客負担低減の点
で不利○

搭乗時、航空機同様の搭乗となると考えられるため右記に⽐べて、⾼頻度⼤量輸送の点で有利である。

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加減速
方向重力方向△

加減速
方向重力
方向

・離着陸時の加減速⽅
向＝上下⽅向 （⼈体に厳しい⽅向）
・離着陸時の重⼒⽅向＝上下⽅向（頭に⾎が上らない）⇒乗客負担低減の点で不利△

搭乗時、上下に移動する必要があり、搭乗に時間がかかるなど、⾼頻度⼤量輸送の点で不利である。

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5.3. 推進系の⽐較検討
 P2P/LEOの２つのミッションに対応するためのエンジンを検討。
ミッション

推進系への要求

推進系の候補LEO・真空中で作動すること・ロケットエンジンを含むこと

P2P（60minで9000km）

・短時間で加速・最低でもMach7の速度・ロケットエンジンが必要

×ジェットエンジン︓作動しない
×複合サイクル︓ロケットと⽐較してマスレシオが低いことが想定される×ジェットエンジンや複合サイクルではMach7以上は到達不可能（1段⽬への適⽤は可能性あり）

以上より、• 1段︓ロケットエンジンまたはエアブリーザ

ロケットエンジン

エアブリーザ• 2段︓ロケットエンジンの形態で検討を進める。
※ジェットエンジンや複合サイクルエンジン

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5.4. 候補形態の得失⽐較
 7つの候補形態について、4項⽬で得失⽐較 ⇒ SSTOのType G, TSTOのType B, C
Type A

Type B

Type CType D

Type E

Type F

Type G

備考

1st Stage
2nd Stage
離着陸⽅式*AB
Rocket
H/V

AB
RocketH/H

RocketRocketH/H

RocketRocketV/H

RocketRocketV/V

Rocket(SSTO)
V/V

AB&Rocket(SSTO)
H/H

有⼈安全性・乗客負担低減
環境条件低減フェールセーフ○
加速度・重⼒⽅向の⾯で乗客負担
⽐較的⼩，空⼒減速が効きにくい◎
加速度・重⼒⽅向の⾯で乗客負担
⼩，空⼒減速が可能◎
加速度・重⼒⽅向の⾯
で乗客負担
⼩，空⼒減
速が可能

○
加速度・重⼒⽅向の⾯で乗客負担
⽐較的⼩，空⼒減速が可能△
加速度・重⼒⽅向の⾯
で乗客負担
⼤，空⼒減
速が効きにくい△
加速度・重⼒⽅向の⾯
で乗客負担
⼤，空⼒減速が効きにくい◎
加速度・重⼒⽅向の⾯
で乗客負担
⼩，空⼒減
速が可能

垂直着陸→空⼒を積極的に活⽤した形状にはならな
い→空⼒減速が効きにくいと推論

⾼頻度⼤量輸送
TAT短縮
⻑寿命化（再使⽤回数）○
降機に要する
時間⻑，耐熱の課題は⽐較的⼩○搭乗に要する時間短，耐熱の寿命に課題あり○
搭乗に要する時間短，耐熱の寿命に課題あり△
搭乗に要する時間⻑，耐熱の寿命に課題あり○
搭乗に要する
時間⻑，耐熱の課題は
⽐較的⼩△
薬量・機体が⼤きく運⽤性
低，耐熱の課題は⽐較
的⼩○
薬量は多い
が機体は⽐較的⼩さい，耐熱の寿命に課題あり

上段ロケットは共通のため，推進系の再使⽤化課
題に関しては差異がない

⽴地・アクセス・環境負荷低減
都市圏連接
公害（騒⾳・振動）○
有⼈対応の着陸設備が必要，公害
規模⼩◎既存の滑⾛路が利⽤可能，公害規模⼩○既存の滑⾛路が利⽤可能，公害規模⼤△有⼈対応の射場設備が必要，公害
規模⼤△有⼈対応の射場設備が必要，公害
規模⼤△有⼈対応の射場設備が必要，公害
規模⼤◎既存の滑⾛路が利⽤可能，公害規模⼩

保安距離は燃料の選定次第であり，形態による差異はない

経済性
段数・機体サイズ・薬量○
薬量・機体が⽐較的⼩さく
経済性良○
薬量・機体が⽐較的⼩さく
経済性良○
薬量・機体が⽐較的⼩さく
経済性良○薬量・機体が⽐較的⼩さく
経済性良○薬量・機体が⽐較的⼩さく
経済性良△薬量・機体が⼤きく経済性悪◎
段数・機体サイズの観点で経済性良* H→⽔平V→垂直Copyright © 2022 IHI AEROSPACE Co., Ltd. All Rights Reserved.

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6. 技術課題の抽出
 7つの候補形態に関する技術課題を抽出し、以下の観点で整理。
• 現状TRL︓現状の技術成熟度（国内のレベル）• 技術的難度︓ 技術⾃体の難度，問題や現象の複雑さ• 実⾏上のリスク︓事故等不測の事態，事業環境の変化により技術開発が遅滞または停⽌しうるリスク⇒ 形態選定のために早期に着⼿すべきテーマを識別する。

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6. 技術課題の抽出
 7つの候補形態でTRL・難度に差がある技術課題（⻘字）⇒ 形態選定のため早期に着⼿すべきテーマ
Type A

Type B

Type CType D

Type E

Type F

Type G

備考

1st Stage
2nd Stage
離着陸⽅式*AB
Rocket
H/VAB
RocketH/H

RocketRocketH/HRocket
RocketV/H

RocketRocketV/VRocket(SSTO)
V/V

AB&Rocket(SSTO)
H/H

有⼈宇宙輸送機の⾶⾏技術

TRL 4
難度 中
リスク ⾼

TRL 4
難度 中
リスク ⾼

TRL 4
難度 ⾼
リスク ⾼

TRL 4
難度 ⾼
リスク ⾼

TRL 4
難度 ⾼
リスク ⾼

TRL 4
難度 ⾼
リスク ⾼

TRL 4
難度 ⾼
リスク ⾼

加速度低減しつつ効率的に加速および再突⼊，システムの信頼性とフェールセーフ

⾼頻度有⼈輸送⽤射場技術

TRL 5
難度 ⾼
リスク ⾼

TRL 5
難度 低
リスク ⾼

TRL 4
難度 中
リスク ⾼

TRL 5
難度 低リスク 中

TRL 5難度 低リスク 中TRL 2難度 ⾼リスク 中TRL 3難度 ⾼リスク ⾼

機体の移動等オペレーションと乗客の乗降・推進剤と乗員の安全性

再使⽤⾼信頼度エアブリーザ推進技術

TRL 4難度 ⾼リスク ⾼

TRL 4難度 ⾼リスク ⾼ーーーー

TRL 4難度 ⾼リスク ⾼

⻑寿命化・信頼性向
上，衝撃・振動低減とハザード回避

再使⽤⾼信頼度ロケットエンジン技術

TRL 4難度 ⾼リスク ⾼

TRL 4難度 ⾼リスク ⾼

TRL 4難度 ⾼リスク ⾼

TRL 8難度 ⾼リスク ⾼

TRL 4
難度 ⾼リスク ⾼

TRL 4難度 ⾼リスク ⾼

TRL 4難度 ⾼リスク ⾼

⻑寿命化・信頼性向
上，衝撃・振動低減とハザード回避

安全・低環境負荷・
⾼性能推進剤および軽量タンク系技術

TRL 4
難度 低リスク 中TRL 4難度 中リスク 中

TRL 4難度 ⾼リスク 中

TRL 4難度 中リスク 中

TRL 4難度 低リスク 中

TRL 4難度 低リスク 中

TRL 4難度 中リスク 中

⾼圧・低温貯蔵，保安距離の低減（規制対応含）と運⽤性向上，供給系軽量再使⽤耐熱システム技術

TRL 5難度 中リスク 中TRL 5難度 ⾼リスク ⾼

TRL 5難度 ⾼リスク ⾼

TRL 5難度 中リスク 中TRL 5難度 中
リスク 低

TRL 4難度 ⾼リスク ⾼

TRL 4難度 ⾼リスク ⾼

⻑寿命化・信頼性向
上，整備性安全・低衝撃分離技術

TRL 6難度 低リスク ⾼

TRL 6難度 低リスク ⾼

TRL 6難度 低リスク ⾼

TRL 6難度 低リスク ⾼

TRL 6難度 低リスク ⾼ーー⻑寿命化・信頼性向
上，衝撃・振動低減とハザード回避

離着陸技術

TRL 4
難度 中リスク ⾼

TRL 5
難度 低
リスク 中

TRL 5
難度 低リスク 中

TRL 5
難度 低リスク 中

TRL 4
難度 中リスク ⾼

TRL 4
難度 中
リスク ⾼

TRL 5
難度 低リスク 中

安全かつ確実な離陸および⽬的地点への着陸* H→⽔平V→垂直Copyright © 2022 IHI AEROSPACE Co., Ltd. All Rights Reserved.

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7. 概略の研究開発計画
 サービスインの⽬標時期︓ 2040年 ⇒ 事業⽴上げ判断時期︓ 2030年
 2030年に判断に資するレベル（TRL7）まで技術成熟度UPのための研究開発計画を検討。

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8. まとめ「2040年の社会ニーズに対応する有⼈宇宙輸送サービス構想と必要技術の検討」① マーケット要請（PKG1より）に対応するサービスの規模感とミッションを定義し，輸送体系に対する要求機能として具体化した。
② 主要アーキテクチャとしては7つの候補形態のうち，マーケット要請に基づいた価値基準から，TSTOまたはSSTOで、ロケット推進系を備えた⽔平離着陸型の形態が優位と考える。
③ 2040年のサービスインをターゲットとした研究開発計画の検討結果より，現状TRLや難度について7つの候補形態間で差がある、①射場技術，②エアブリーザ推進技術，③耐熱システム技術，④離着陸技術は，形態の選定を左右するテーマとなることから早期に研究着⼿するべきと考える。
④ 世界の競合を⾒据えた⽇本の勝ちワザとして，2040年におけるSpace X社や⽇本国内交通体系の動向を想定し，⽇本の定時運航率や都市までのアクセス性等を武器とすることを提案する。
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ご清聴ありがとうございました。