世界でトップクラスの軍事力を持つ米軍が、ロシアや中国に開発で負けている兵器の分野があります。それは「極超音速ミサイル」です。極超音速ミサイルとは何なのか？そして、なぜ米国は極超音速ミサイルの開発で遅れをとってしまったのか？この疑問について、海外YouTubeチャンネル「The Infographics Show」が解説しています。
*Category:テクノロジー Technology *Source：The Infographics Show,wikipedia
Contents
極超音速ミサイルの開発が難しい理由とは？
極超音速ミサイルとは、音速の5倍以上の速さで空を飛ぶミサイルです。そして、迎撃されないように途中で進路を変えることも可能です。つまり、この世界最速のミサイルは誰にも止められないということです。当然、米国も極超音速ミサイルを開発していますが、ロシアと中国が開発で先行しています。
今のところ、これらの国が互いに戦争することはなさそうですが、それも一瞬にして変わる可能性があります。また、米国、ロシア、中国は世界中に影響力を及ぼす力を持ちたいと考えています。極超音速ミサイルを持つということはこの野望を叶えることに繋がるかもしれません。
超音速兵器と極超音速兵器には、技術的な違いがあります。超音速とは、マッハ1よりも速い速度で移動することを意味します。一方、極超音速とは、マッハ5、つまり音速の5倍以上の速さで物体が移動することを意味します。マッハ5は、人工物としては信じられない速さです。この速度になると、ミサイル本体が摩擦や熱でバラバラになってしまうため、その課題を乗り越える必要があります。
ちなみに、大気圏に再突入して無事に着陸した宇宙船のほとんどは、極超音速で飛行しています。NASAのスペースシャトルがまだ使われていた頃は、再突入時にマッハ25を超えることがありました。したがって、極超音速機は特別新しい技術ではありません。
今、米軍が苦労しているのは、極超音速ミサイルとその操縦能力です。極超音速ミサイルの目標は、マッハ5以上の速度で移動するだけでなく、この速度で操縦できることです。極超音速ミサイルは、相手の防御をかわし、瞬時に進路を変えることができなければならないのです。
極超音速での操縦性に関連する課題を克服するには、いくつかの問題があります。これらはすべて、何十年にもわたって米国国防総省の研究チームを悩ませてきたようなものばかりです。極超音速ミサイルを作る上で最も困難な点の1つは、空中を移動し旋回する際に発生する膨大な熱にどのように耐えるかということです。
マッハ5以上で調整する場合、ミサイルは3,600度以上に加熱される可能性があります。強力な爆薬を搭載する場合、この温度が問題になることはあきらかです。そのため、ミサイルは形状や構造を維持したまま熱を逃がす必要があります。また、軌道修正時に爆発しないように、内部の可燃物を冷やすことも重要です。
極超音速での飛行は、ミサイルの船体周辺に大量の熱を発生させるだけでなく、乱気流を発生させます。極超音速ミサイルはマッハ5を超えると、前方の気圧が上昇します。そして、ミサイルが空中を通過すると、前方の気圧が後方の空間に崩れ落ち、ソニックブーム(衝撃波)が発生します。そのため、ミサイルは目標に到達するまで、衝撃に耐える必要があるのです。
しかし、この揺れによって、部品が外れたり、システムが誤動作したりする可能性があります。極超音速ミサイルは、あらゆる面で高い精度が要求されるため、これは大きな問題です。
極超音速ミサイルが飛ぶまでには、さらに大きな問題があります。極超音速ミサイルのエンジンを動かすには、極超音速で飛行中にブースター内の燃料に点火しなければなりません。音速より速く、マッハ5以下の速度で飛行する航空機には、ラムジェットエンジンと呼ばれる、機体前部の圧縮空気を利用してエンジンに酸素を供給するシステムが使われています。しかし、ミサイルや航空機が極超音速に達すると、エンジン内を移動する空気が非常に速くなるため、燃焼プロセス全体がおかしくなってしまうのです。
スペースシャトルのような大型の船では、極超音速でもエンジンが機能し続けられるように、動力と推力を生み出す自己完結型のシステムがあります。ただ、極超音速ミサイルは小さすぎて動力源を内蔵できないため、スクラムジェットエンジンと呼ばれるもので速度と動力を維持する必要があります。
そして、ここからが問題なのです。スクラムジェットエンジンは、現在も米国で開発が進められています。すでにテストに成功したものもありますが、ミサイルに搭載されたことはありません。
スクラムジェットエンジンは、ラムジェットと同じような仕組みですが、空気の流れを遅くして、点火のタイミングを空気の流れに合わせることが必要です。もし、燃焼中に燃料が多すぎたり、酸素が少なすぎたりすると、エンジンがストールしてしまい、ミサイルが空から落ちてくる可能性があります。
この問題は、ミサイルが旋回したり、コースを調整したりする必要がある場合に、さらに厄介になります。なぜなら、エンジンに入る空気の流れが変わるため、それを考慮して適切な間隔で燃焼させなければならないからです。
これらの課題が極超音速ミサイル技術の実現を信じられないほど困難にしているにもかかわらず、中国もロシアも実用化しているのです。ここで注意しなければならないのは、運用可能だからといって、必ずしも大量生産しているわけではなく、常に動作させることができるわけでもない、ということです。実用化とは極超音速ミサイルの実験に成功し、そのプロセスを再現できることを意味しています。
軍事専門家の多くは、中国とロシアで開発された極超音速ミサイルが実際にどれほどの精度を持つのかについて疑念を抱いています。極超音速で飛行できるミサイルを作ることと、そのミサイルを使って正確な目標に命中させることは、まったく別の話です。
現在開発されている極超音速ミサイルは、おそらく最も効果的なものではありません。しかし、極超音速ミサイルの開発競争において、中国とロシアが米国よりもまだ進んでいることは事実です。中国とロシアの極超音速ミサイルの実験成功により、米国とその同盟国は、極超音速ミサイルの実用化に向けて、より多くの時間、資金、人材を投入する必要に迫られています。
現在、極超音速ミサイルの運搬システムには2つのタイプがあります。1つは、極超音速ミサイルを内蔵した大型の弾道ミサイルからなる極超音速滑空機です。弾道ミサイルが大気圏上層部に到達すると、滑空機が放出されます。そして、地球の重力とエンジンの混合力を利用して、マッハ5以上の速度に達し、目標に接近します。
この方法の問題は、ミサイルを展開に適した高度まで持っていくために、低速で移動するもっと大きなロケットで上空に運ばなければならないといけないことです。そのため、極超音速ミサイルを搭載したロケットは、発射の際に撃墜されやすいという問題があります。
2つ目の極超音速ミサイルは、極超音速巡航ミサイルです。これは、世界中の軍隊が完成を目指しているものです。極超音速巡航ミサイルは、スクラムジェットという技術を使って、極超音速で飛行することができます。そして超音速で飛行中の航空機から発射され、マッハ5を超える速度で目標地点に到達します。発射された極超音速巡航ミサイルは、最新鋭の航法システムによって敵の防衛網を回避し、目標を破壊します。
そこで疑問は、中国やロシアがどのような極超音速ミサイルを持っていて、米国はどの程度遅れているのか、ということです。2018年12月26日、ロシアはウラル山脈の基地から最新の弾道ミサイル「RS-28 Sarmat」を発射しました。弾道ミサイルに搭載されたのは、アバンガルドと呼ばれる(極超音速滑空体です。
弾道ミサイルはアバンガルドを成層圏に運びます。そして、アバンガルドは地球に向かって加速し、マッハ27でシベリア上空を6,000㎞以上にわたってジグザグに飛行し、カムチャッカ半島に落ちました。これはロシア軍からの情報なので、全てが真実かどうかは分かりません。実験終了後、ロシアのプーチン大統領はアバンガルドを「国への完璧な新年の贈り物」と呼んだと伝えられています。
その後、ロシア国防省は「アバンガルドに核弾頭を搭載した」「極超音速兵器だけでなく極超音速核兵器で武装した最初の国になった」と世界に発表しました。
また、ロシアはキンザルと呼ばれる2つ目の極超音速ミサイルを持っています。これは極超音速巡航ミサイルに近い設計ですが、若干の違いがあります。速度を維持するためにスクラムジェットエンジンを使用せず、代わりに巨大な圧力と乱流に耐えるように設計された従来のロケットエンジンを使用しています。
キンザルはこの力技でマッハ12に到達できるとされています。また、このミサイルは、9K720イスカンダルを改良したものと思われています。9K720イスカンダルとは、丈夫な短距離弾道ミサイルです。ロシアは、キンザルが極超音速で移動している間でも目標に命中することができる高度な誘導システムを搭載したと主張しています。
キンザルの主な問題は、極超音速を達成しながらも、船体の完全性を維持できるのは、直線的に飛行しているときだけだということです。飛行経路の途中で操縦できると主張されていますが、マッハ5を超えた時点でキンザルが方向を大きく変えることができる証拠はありません。
一方、中国は、DF-ZFと呼ばれるアバンガルドに似た極超音速滑空体を作りました。DF-ZFはDF-17ロケットから放出されます。DF-ZFは極超音速に達することができ、最高速度はマッハ5からマッハ10の間と推定されています。
DF-ZFは対艦兵器として設計されています。米軍にとって太平洋の空母は重要な戦力のため、米国はこの兵器を警戒しています。ロシアのミサイルと同様、DF-ZFが正確な動作をする誘導システムを備えているのか、それとも単に非常に高速な兵器だけなのかは不明です。
ロシアと中国がこのような極超音速ミサイルを開発しているにもかかわらず、米国はなぜ開発に遅れを取ってしまったのでしょうか？
◆ 関連：ミサイル防衛の切り札「THAAD（サード）」の仕組みと〝モヤモヤする〟迎撃率
Source: appbank
