BFR (ロケット)
BFRは、アメリカ合衆国の宇宙企業スペースXが民間資本により開発している、次世代の完全再使用型の打ち上げ機と宇宙船からなる宇宙飛行システムである。この設計には、打ち上げ機と宇宙船に加えて、素早い再打ち上げを実現する地上設備や、低軌道 (LEO) 上の宇宙空間で燃料補給を行う技術も含まれる。打ち上げ能力はLEOに100トン以上を予定する、超大型ロケットである。
宇宙飛行システムのうち、2段目の宇宙船部分はスターシップ (Starship)、1段目のブースター部分はスーパー・ヘビー (Super Heavy) と呼ばれている。
BFRは2020年代の打ち上げを目指し開発が進められている次世代の超大型ロケットである。
スペースXは長期に亘って超大型ロケットの開発を続けており、そのため設計と名称は何度か変遷している。2016年より前はマーズ・コロニアル・トランスポーター (MCT) の名称とごく僅かな情報のみが公開されていた。2016年9月の国際宇宙会議 (IAC) では、次いでインタープラネタリー・トランスポート・システム (ITS) の名称とその中核を担うロケットの詳細が発表された。 この時の発表ではロケットは直径が12mもあり、用途も惑星間航行のみが掲げられていた。翌2017年9月になり、BFRの名称とともに直径が9mまで縮小されたデザインが公開され、さらにBFRが現在スペースXが提供する打ち上げサービスと、地球軌道、月軌道、火星軌道への投入、さらには地球上の大陸間移動サービスにも使用可能になるとの見通しを示した。翌2018年9月には新たに再設計された2段目が公開されており、前方のカナードに、着陸脚も兼ねる可動式の翼、さらに垂直尾翼のような着陸脚が追加されている。
BFRの設計は並行して開発されたラプターロケットエンジンに依存しており、このエンジンは液化メタン/液体酸素を燃料としており、BFRの1/2段目双方で使用される。ラプターの開発は2012年より進められており、2016年には燃焼試験が実施されている。
BFRはスペースXが運用する既存の全てのロケットと宇宙船（ファルコン9、ファルコンヘビーにドラゴン宇宙船）を完全に置き換えるものとなることが企図されており、地球軌道の打ち上げ市場を狙う他、月軌道や火星軌道への長期の飛行もターゲットとされている。
スペースXのCEOイーロン・マスクは、かねてより彼の個人的な目標は有人火星探査の実現であると語ってきた。マスクが2001年にMars Oasis計画のロケット調達に失敗して、自身でスペースXを創業した際も、「生命を惑星間種族にする」との目標が掲げられていた。有人火星探査という目標は次第に火星の植民へと変わっていき、そのためには超大型ロケットが必須であることが明らかになっていった。
2012年3月には、BFRのロケットエンジンであるラプターの開発が報じられるが、その時点では使用するロケットについては語られなかった。同年10月になり、マスクは初めて、数十億ドルをかけて既存のファルコン9/ファルコンヘビーを上回る大型で再使用可能なロケットを開発することを計画していると明らかにした。マスクは2013年にも「スペースXのIPOはマーズ・コロニアル・トランスポーターが定期的に運航してから」というコメントを残している。しかしその後は2015年6月のファルコン9の打ち上げ失敗の影響により、計画は一時影を潜める形となった。
2016年9月の第67回国際宇宙会議 (IAC) において、マスクは開発中の超大型ロケットの詳細を始めて明らかにした。この時に公開されたアーキテクチャはインタープラネタリー・トランスポート・システム (ITS) と呼ばれており、発表では直径12mの超大型ロケットであることの他、エンジン数や打ち上げ能力、さらに軌道上での燃料補給を行うといった計画も明らかにされた。2016年の計画では、以下の3種類の機体を用いるとされた。だが、翌2017年9月の第68回国際宇宙会議では、スペースXは前年のITSを見直したとして、BFRの名で更新されたロケットを公開した。マスクはこの名称について「我々はまだ正式な名前を探している、しかしコードネームはBFRである」と述べている。この2017年の設計では直径は9mへと縮小され、またロケットを最初は地球軌道と月軌道に使用し、その後に火星へと用いる方針が示された。
BFRの2段目 (BFS) の航空力学的な形状は2016年のITSから大きく変更された。2017年の設計では、宇宙船は後部に小さなデルタ翼を持つ円筒状の形に改められた。このデルタ翼は、様々な大気密度やペイロード状態で着陸を実現するためのものとされた。また、2段目の種類もITS同様のBFR宇宙船、BFRタンカーに加えて、新たに衛星打ち上げに対応するバージョンが追加された。衛星打ち上げ機は、地球低軌道への衛星打ち上げ（既存のロケットと比べ、一度に遥かに多くの衛星を打ち上げ可能）に対応する他、月や火星への物資輸送にも対応する。またBFR宇宙船は地球軌道上で燃料補給を受ければ、月面着陸をして再補給無しで地球に帰還できることも明らかにされた。加えて、BFRを地球上での旅客/貨物輸送に用いることで、地球上のどこでも90分間で結ぶことができるという用途もここで示された。
2018年9月にはスペースX本社で発表が行われ、さらに更新された設計が公開された。2018年の設計では、BFSのエンジンが6基から7基となった他、前方両側に小さなカナードが、さらに後方に着陸脚を兼ねた3枚の大きな翼が追加された。 さらにBFRによる民間初の月周回旅行の契約を日本の前澤友作と締結したことも明らかにした。
次いで11月には、2段目の宇宙船部分をスターシップ、1段目のブースター部分をスーパー・ヘビーの名称とすることを発表。また機体の素材がカーボンからステンレス鋼へと変更され、外見がこれまでの白い姿から銀色に変化した。翌2019年1月にはBFRの上段及び宇宙船部のテスト機が完成した。また1~2ヶ月後に離着陸の試験を行う予定であることを発表した。
スペースXが同社の超大型ロケットを指し示す呼称は、数年の間に幾度も変遷している。2013年から2016年9月頭までは、スペースXはアーキテクチャとロケットの双方についてマーズ・コロニアル・トランスポーターの名で言及していた。2016年9月から2017年8月までは、打ち上げシステム全体をインタープラネタリー・トランスポート・システムと呼び、打ち上げ機自体についてはITSローンチ・ヴィークルの名で言及していた。
次のコードネームであるBFRは2017年9月のイーロン・マスクの発表で初めて用いられた。スペースXの社長であるは、BFRは「Big Falcon Rocket」の略であると述べている。しかしながら、イーロン・マスクは正式発表前の2015年に、開発中のロケットをBFRと呼んでおりこれはビデオゲーム『DOOM』の巨大武器に由来すると語っている。その他、非公式な場やスペースX内部ではBFRは「Big Fucking Rocket」としても言及されている。なお、2段目の宇宙船部分のみを指す場合は、BFSの名が用いられる。
さらに2018年11月には、2段目の宇宙船部分がスターシップ、1段目のブースター部分がスーパー・ヘビーへと改名されている。
BFRの設計は様々な要素が結びついたもので、長期の地球軌道外 (BEO) の飛行にも対応するよう計画されている。スペースXは低軌道 (LEO) への1トン辺りの打ち上げコストとBEOの輸送コストの双方を減らすことを企図している。既存のLEOへの打ち上げ市場にも対応することで、スペースXの開発リソースの大半をBFRの開発に集中させることを可能としている。
完全に再使用可能な超大型ロケットであるBFRには、以下が含まれる。長期の宇宙飛行のために複数の2段目を組み合わせるという独特なアーキテクチャを採用している。このアーキテクチャの成功は、軌道上での燃料補給の成否にかかっている。
BFR宇宙船とBFRタンカー、BFR衛星打ち上げ機は、同じ外見形状を持つ。2段目の宇宙船は、いずれも発射地点への帰還能力を備える。帰還時は、万が一複数のエンジンが停止しても、1基のエンジンが使用可能であれば着陸可能となる。
BFRのシステムには、火星ミッションにおける火星上での燃料生成も含まれている。これは宇宙船を地球に帰還させるために、また宇宙船を再使用してコストを抑えるために欠かせないものである。月ミッション（軌道周回・着陸）においては、月での燃料補給は必須ではない。この場合は、月に向かう前に軌道上で燃料補給を行うことで帰還が可能である。 また、月へのフライバイミッションにおいては、燃料補給なしでの飛行も可能である (#dearMoon)。
BFRの打ち上げ機の主な特徴としては以下があげられる。ラプターの燃焼室圧は25MPaだが、スペースXは将来的に30MPaまで向上させることを計画している。ラプターは1つ1つのエンジンの信頼性も高めるよう設計されているが、BFSでは7基のエンジンを搭載することで万が一のエンジン停止においても、冗長性を保てるようになっている。もし2基のエンジンが停止しても安全に飛行可能であり、4基のエンジンが停止しても残りの3基で帰還が可能となる。これにより、航空機並みの着陸信頼性を実現するとしている。
BFRはスペースXの既存のファルコン9とファルコンヘビーロケット、それにドラゴン宇宙船を置き換えるものとして設計されている。スペースXの見積もりでは、BFRでは完全再使用と発射地点への帰還が実現することから、打ち上げ費用はこれら既存の中型/大型ロケットよりも安くなり、それどころか既に引退した小型ロケットのファルコン1よりも安くなると推定している。スペースXは既存のロケットを2020年代前半にもBFRで完全に置き換えたいとしている。
BFRの用途としては、以下のような様々なものが計画されている。マスクとショットウエルは、BFRを準軌道飛行に用いることで、乗客を地球上のどの2地点間でも1時間以下で運ぶことができるとしている。2018年9月、スペースXはBFSによる民間初の月周回旅行の契約を結んだことを明らかにした。契約をしたのは日本の前澤友作で、前澤が招待する6~8名のアーティストとともに2023年に月に向かう。月旅行の日程は6日程度を想定している。
マスクは火星に有人基地を建設することを計画しており、将来的にはそれが自給自足可能な入植地となることを夢見ている。
BFR宇宙船（2段目）もまた再使用可能であるので、マスクは地球低軌道でBFSに燃料補給を行い、さらに火星表面で再び燃料補給を行い、地球に帰還させることを計画している。火星ミッションの第1段階において、マスクは複数のBFRを打ち上げ、燃料工場を輸送し組み立てるとともに、基地を建設することを考えている。 燃料工場では火星の地下の氷と大気中の二酸化炭素から、メタン (CH) と液体酸素 (O) を生産する。
最初の2機の無人貨物飛行（そのうち1機は"Heart of Gold"と命名されるかもしれない）は2022年の打ち上げが計画されており、この飛行では大量の太陽電池パネル、採掘用装置、それに探査車や後の有人探査のための食糧や生命維持装置などが送り込まれる。次の2024年の打ち上げでは、2機の無人船に加えて2機の有人船の計4機が一度に送り込まれ、燃料工場や太陽電池パネル、着陸場、温室の設営が行われる。各BFSはそれぞれ少なくとも100トンのペイロードを搭載しており、宇宙船自体の乾燥重量も85トンにもなる。
火星での最初の一時的な居住地には、乗員が乗ってきたBFR宇宙船をそのまま使用する。一方で無人のBFR宇宙船は、燃料の補給が完了次第、地球に向けて帰還することになる。今後の着陸地点となる持続可能な基地を構築する場所は、太陽電池の発電力を確保するため、また相対的に暖かいことから緯度40°以内が望ましく、また特に重要な条件として近くに地下の氷が存在することがある。氷は大量で純度が高い水の氷である必要がある。スペースXによる研究では、燃料工場では地下の氷を採掘し、1日1トンの不純物を取り除く必要があると推定している。研究中のシステムでは、700Wの電力を使用して1日1kgのO/CH燃料が生成される計画である。システム全体としては、1トンの燃料当り17MWhの電力が必要になる見込みである。
しかし火星入植計画には、こうした物理的な問題以外にも、長期にわたる宇宙飛行での放射線や無重力、それに地球の38%の重力しかない火星での生活が人体に与える影響などが、大きな課題として残されている。