宇宙航空研究開発機構（ＪＡＸＡ）と三菱重工業が開発した大型基幹ロケット「Ｈ３」４号機の打ち上げが４日、成功した。ごう音とともに龍が天に上るように大空へ飛び、衛星を宇宙に運んだ。Ｈ３に搭載された新型のメーンエンジン「ＬＥ―９」は打ち上げのカギとなる技術で、従来の約１・４倍の推力を発生する。日本の持つ技術を集約し、簡素で信頼性のあるシステムを採用したことでロケットの柔軟性や低価格の実現に貢献している。

Ｈ３は従来機「Ｈ２Ａ」より安価な打ち上げを可能にするため、さまざまな部品や装置を見直した。その中でロケットの１段目に搭載するメーンエンジンも設計から検討し、新型のＬＥ―９の開発に乗り出した。燃料に液体水素、酸化剤に液体酸素を使い、これらが反応して発生する高温高圧のガスの噴き出す力を利用して推進力とするエンジンだ。

ＬＥ―９には「エキスパンダーブリードサイクル」と呼ばれるシステムを採用。液体水素を燃焼室やノズルの冷却に使うとともに、ガス化して温度を上げて駆動源のターボポンプを動かす仕組みだ。ターボポンプの効率が向上しやすく異常な燃焼になりにくい構造であるため信頼性が高まり、Ｈ２Ａで使うエンジン「ＬＥ―７」より部品数を約２０％減らして製造できるため低コスト化にもつながる。

エキスパンダーブリードサイクルシステムは、１９９０年代に使っていた大型ロケット「Ｈ２」の２段エンジンに使われていた。だが燃焼が早期に終了する事象が発生し、その後のＨ２Ａでは採用されなかった。この時に培った技術を生かして作られたのがＬＥ―９だが開発は難航した。

２０２０年に実施した燃焼試験では、不具合が見つかった。ＪＡＸＡの岡田匡史理事は「液体水素を送り込むターボポンプのタービンにある動翼の共振による疲労と、燃焼室内壁に小さな穿孔が複数あった」と説明。Ｈ３は２０年に打ち上げる予定だったが、こうした課題を解決するべくタービンの再設計などを行うため２１年に延期。詳細な検証のため再延期した後、２３年に初飛行を実施した。

Ｈ３試験機１号機は打ち上げに失敗したが、ＬＥ―９は正常に稼働したことを確認。「２号機以降も順調に活躍している」（岡田理事）という。１段エンジンでエキスパンダーブリードサイクルシステムを実証したのはＬＥ―９が世界で初めてであり、Ｈ３の主要技術と言える。

ＬＥ―９エンジンは段階的に開発を進めており、現在は恒久的に使う「タイプ２」を開発中だ。タイプ２では３次元（３Ｄ）造形を活用しており、従来は数百個の部品から作られた装置が一括で作れることからより低コストでの製造が可能になる。ＪＡＸＡの有田誠Ｈ３プロジェクトマネージャは「動翼の共振による疲労などの懸念があることから、急いで実証せずに慎重に試験している。開発は順調」と強調した。最先端技術を盛り込んだ新たなＬＥ―９での飛行が待ち遠しい。