R-7 (ロケット)
R-7 (ロシア語 ) は、ソビエト連邦のセルゲイ・コロリョフが率いるOKB-1が開発した世界初の大陸間弾道ミサイル (ICBM) である。 後に宇宙開発用ロケットに転用されて多くの派生ロケットを生み、R-7系列のスプートニクロケットが世界初の人工衛星スプートニク1号の打ち上げを、同じくR-7系列のボストークロケットが世界初の有人宇宙船ボストークを打ち上げる等ソビエト連邦の宇宙開発の原動力となった。ソ連側での愛称はセミョールカ (, ) でありロシア語で数字の 7 を意味する。 またNATOコードネームではサップウッド (, 白太の意) と呼ばれている。アメリカ国防総省の識別番号 (DoD番号) はSS-6。
R-7の開発に先立ち、1949年4月4日にドイツ人のチームは3000kgの弾頭を備え、3000kmの射程を有するG-4ロケットの開発に着手した。同年、10月1日にNII-88の科学技術評議会のメンバーがグロドミリャ島を訪問してドイツ人の設計者達は複数の変更を1950年2月までに打診された。1949年12月7日にNII-88はG-4とR-3の設計を審査してG-4の方が優れていると評価したものの、G-4の計画は棚上げされた。
R-7の設計作業はカリーニングラードのOKB-1 (コロリョフが率いるコロリョフ設計局、現在のS.P. Korolev Rocket and Space Corporation Energia)とその他の部局によって1953年に開始された。政府からの要求仕様は重量3,000kg分離式弾頭を備えた射程8,000kmの170トンの二段式ミサイルというものだった。同年10月3日には、セミパラチンスクでの核実験の結果から仕様が変更され、射程を変えずに弾頭重量は5,500kgに増やされた。このため設計は大きく変更された。1953年の終わりの最初の地上テストに続いて大規模な設計変更が行われ、最終設計が承認されるのは1954年5月20日となった。
現在のソユーズロケットに受け継がれているクラスター式のロケットはドイツ人技術者達による発案だった。当時、グロドミリャ島で並行してロケットの開発を進めていた彼らにも同じ要求仕様が与えられ、G-4の改良型のG-5を開発していた。ソビエト人の作業進捗や設計はドイツ人達のチームには伝わらなかったが、ドイツ人達の設計の成果は逐次、コロリョフ達のソビエト人のチームに伝えられ、新規概念は彼らの設計に取り入れられ、彼らの"成果"として報告された。当初は単燃焼室を備えるRD-105、RD-106を開発していたが、燃焼の不安定性の問題が解決できず、仕様が変更され、4基の燃焼室を備えるRD-107、RD-108に変更された。
1956年後半からミサイルの製作がクイビシェフの第一航空工場「プログレス」(進歩)で開始された。最初のミサイルはカリーニングラードの第88工場で製作された部品によって組立てられている。1957年3月には最初のミサイルR-7 M1-5が発射準備施設に送られ、同年5月5日には発射施設へ送られている。
8K71の番号が与えられた新型ミサイルの最初のテストは、バイコヌール宇宙基地で1957年5月15日19:01(モスクワ時間)に行われた。サイトから400km離れた時、ストラップオンブースターの配管からの燃料漏れによる推力低下によりミサイルは安定を失い、ミサイルは破壊された。続く6月11日に予定された発射テストは、事前の試験によってブースターBの酸素配管のバルブ凍結によって発射が中止された。3回目の発射テストでは発射直前に燃料系統の故障により発射は中止され、ロケットは発射台から降ろされて再点検されることになった。7月12日、再度3回目の発射試験が行われたが、発射から33秒後に制御回路の故障からロケットは安定性を失った。8月21日の4回目の発射テストでは、初めて6,000kmの長距離飛行に成功した。この成功は8月26日にタス通信によって配信されている。
8K71を改修した8K71PS、スプートニク (ロケット)は、バイコヌール基地から10月4日にスプートニク1号を、11月3日にスプートニク2号を軌道に投入し、世界最初の衛星打ち上げロケットとなった。これらの最初のテストにより設計の部分修正の必要が認識されたため、テスト飛行は1959年12月まで終了しなかった。
追加の開発の結果、新しくなった8K74ロケットは従前の8K71に比べてより軽く、より優秀な誘導装置を備え、より強力なエンジンを搭載し、燃料の増載が可能になって射程が伸びた。弾頭はノヴァヤゼムリャにて1957年10月と1958年にテストされ、威力2.9Mtを発揮した。8K71と8K74は、それぞれR-7とR-7Aとして製造されている。R-7は31基が発射され、うち11基が失敗している。
最初の戦略ミサイル部隊はロシア西部のプレセツクで1959年2月9日に作戦可能になった。プレセツクには最初の発射台(Launch Complex)LC41が建設され、1959年12月15日には、R-7Aミサイルを初めてテストしている。プレセツクの4基(LC41、LC16、LC43、???)と、緊急時の代替基地であるカザフスタンのバイコヌール(チュラタム)の2基(LC1、LC31)、合計6基の発射サイトのみが運用された。クラスノヤルスクの基地は計画のみで終わった。プレセツクには二つのR-7Aミサイル連隊が置かれ、4基のミサイルはそれぞれニューヨーク、ワシントンD.C.、ロサンゼルス、シカゴを目標としていた。1962年10月のキューバ危機のときには実用弾頭を備えたミサイルがLC41発射台で発射準備態勢に置かれている。R-7Aは21基が発射され、3基が失敗した。
キューバ危機の当時、アメリカでは国内に配備された100基あまりのアトラス、タイタンI、試験配備が始まっていたミニットマンI大陸間弾道ミサイル、イギリスに配備された60基のソアー、及びトルコ、イタリアに配備された45基のジュピター中距離弾道ミサイルがアラート態勢に入った。一方でソ連では最初の量産ICBMであるR-16(SS-7)の配備が始まったばかりであり、実際に開戦となった場合はキューバに配備した約40基のR-12を加えても、ミサイル戦力だけを見ればソ連が圧倒的に不利な状況だった。
システムのコストは巨大で、たいていの遠隔地で必要な巨大な発射場を建設するのは困難なことであった。個々の発射場の建設には当時のソビエト連邦の防衛予算から5億ルーブル(全予算の5%)が投じられた。しかしながらこれらの莫大なコストは第一世代ミサイルに共通で、アメリカでも同様の問題を生じているほか、イギリスはミサイルサイロ建設コストの高額さから、ブルーストリーク弾道ミサイル開発計画を放棄した。
コスト以外にも運用上の弱点があった。巨大なR-7の発射基地はU-2偵察機による上空からの偵察から隠すことができない。したがって、どのような核戦争においても迅速な破壊が期待できた。また、巨大なR-7には発射準備に約20時間が必要で、極低温燃料システムのため、燃料を注入したままのアラート態勢を数日以上取ることができなかった。これらにより、ソビエト連邦軍は恒久的なアラート態勢を維持できず、発射前に破壊される可能性があった。
R-7ミサイルの射程はアメリカ国内の主要な目標に到達できず、兵器システムとして失敗であると考えられた。アメリカはソ連周辺の同盟国に短射程の初期の核ミサイルが配備可能であったが、当時のソ連にはこの方法が使用できなかったため、ソ連国内からアメリカ全土を射程に収めるミサイルがどうしても必要とされたのである。この失敗はソ連に実用的な兵器システムである第二世代のミサイルを急遽開発させることとなった。
全てのミサイルは1962年までに配備され、1968年には退役した。しかしロケットや発射台は宇宙開発のために転用され、8K72Kボストークや後の11A511ソユーズの基礎として大きな成果を上げた。
R-7から直接派生した技術は21世紀に入った現在でも依然として使用されている。2003年2月1日に発生したスペースシャトル-コロンビア号の墜落事故の影響でスペースシャトルの飛行が停止されている間、ISSへの物資輸送の中心は、R-7の直系の子孫であるソユーズとプログレス補給船が担った。2011年のシャトル退役後はソユーズがISSとの唯一の人員交通手段となっている。
R-7は全長34m、直径3m、発射重量は280トンで、液体酸素とケロシンをロケットエンジンの推進剤として用いる二段ロケットであり、射程は8,800km、CEPは5,000mであった。R-7Aは全長が28mと短くなったが、射程は9,500kmに伸びている。R-7Aに搭載された弾頭はRDS-37、またはRDS-46A再突入体と威力3Mtの46A核爆弾を組み合わせた単一弾頭であった。軽量化弾頭を装備した射程12,000kmのR-7A改修型はテストのみで終わった。
発射の初期段階では、ロケットは4基のRD-107ストラップオンブースターと中央にあるRD-108メインエンジンの合計5基のエンジンによって加速される。RD-107とRD-108は基本的に同じエンジンで、OKB-456(V. P. グルシコ(Glushko)が率いる設計局)によって設計された。その大きさは鉄道による輸送が考慮されて決定されている。一台の燃料ポンプが4基の燃焼室/ノズルへ燃料を送っている点が特徴である。これは燃焼室の大型化を避け、震動を避けるための工夫であるといわれる。第二段に相当するRD-108エンジンは4基のノズルと4基の姿勢制御用バーニアノズルを備えており、第一段に相当するRD-107ブースターは4基のノズルと二基のバーニアノズルを備えていた。中心のRD-108ロケットの周りを取り囲むように、また各ブースターのバーニアノズルが外側になるように4基のブースターが接続される。各ブースターは円錐形状をしており、このためブースターが取りつけられたミサイルは全長の中ほどから下に向かって末広がりに大きくなる独特の外観を持つ。
誘導システムはR-5R(SS-3 Shyster)の無線司令システムを元にしたもので、バーニアロケット制御付き慣性誘導であった。
軽量化の結果、ブースターの重量をロケット本体が支えることが出来ないため、自立して発射される西側諸国のミサイルと異なり、R-7はロケットの中ほどからトラス構造の頑丈な支柱に吊り下げられた状態で発射される。この方式はチュルパン(Tyulpan、チューリップ)発射方式と呼ばれ、レニングラード金属鋳造工場(LMZ)で設計された。ロケットのエンジンが点火され、出力がロケットの重量を支えられるようになると、支柱が切り離されて花が開くように四方へ倒れこむ。この光景はソ連/ロシアのロケット発射に固有の風景である。