ハイパーソニック飛行技術が実験室から空へと進む

世界のある地点から別の地点まで、1日ではなく1時間で飛べると想像してみてください。ワクワクしませんか？ 

願望的に思えるかもしれませんが、遠くない将来に実現が近づいています。新たな研究がハイパーソニック飛行を現実に一歩近づけました。 

Nature Communicationsに掲載された本研究は、ハイパーソニック乱流の理解における画期的な突破口¹を詳細に示し、長距離旅行を変革する可能性があります。 

ハイパーソニック飛行に関しては、航空機の設計が成功の鍵です。このような高速機を設計するには、空気抵抗と熱伝達を正確に予測することが重要であり、そのためには極端な速度における乱流の物理的理解が必要です。 

その理解を得るために、スティーブンス工科大学の研究者らはレーザー式クリプトン実験を行い、ハイパーソニック速度における乱流が予想以上に低速気流に近い挙動を示すことを示唆しました。 

極端な速度における乱流が低速時と大きく異ならないことが示されたことで、ハイパーソニック機体の設計が簡素化・効率化され、超高速旅行を実現する進展が加速する可能性があります。 

もしそれがSFの領域を超えて現実となれば、ハイパーソニック飛行は世界の旅行を根本的に変えるでしょう。現在10〜20時間かかる長距離路線が、わずか1時間で済む短い通勤に変わり得ます。 

「本当に地球が縮んだようです」と本研究の共同著者であるニュージャージー州ホーボーケンのスティーブンス工科大学機械工学部のニコラウス・パルツィアーレは語ります。「旅行がより速く、簡単で、楽しくなるでしょう」 

パルツィアーレの研究はハイパーソニック飛行を実現することに焦点を当てています。これは、約56マイル（約90km）以下の大気圏内を音速の5倍以上の速度で飛行することを意味し、マッハ5と呼ばれます。 

マッハ1は単に音速、すなわち時速761マイルです。研究者は時間を大幅に短縮するために、マッハ10まで飛行させようとしていますが、もちろんこのような高速では、空気は低速時と同様に航空機の周りで振る舞いません。 

科学的に、マッハ1未満の低速では非圧縮流が支配し、空気密度はほぼ一定で、航空機設計はシンプルです。 

しかし、速度が上がると圧縮流が発生し、ガスが圧縮できるため、圧力と温度の変化により空気密度が大きく変化し、その圧縮が航空機の飛行に影響を与えます。 

「圧縮性は気流が機体の周りをどのように流れるかに影響し、揚力、抗力、離陸や滞空に必要な推力などを変える可能性があります」―これらはすべて航空機設計の重要要素です。 

「低マッハ」領域では、エンジニアは気流の挙動と航空機への影響をよく理解していますが、高マッハ領域ではまだ十分ではありません。 

しかし、モルコヴィンの仮説があります。この仮説は超音速・ハイパーソニック圧縮乱流の理解の基礎であり、仮説によれば「これらの超音速せん断流の本質的なダイナミクスは、非圧縮流のパターンに従うと自信を持って予測できる」とされています。 

マーク・モルコヴィンが半世紀以上前に提唱したこの仮説は、マッハ5〜6の速度でも乱流の挙動は低速時と大きく変わらないと示唆しています。高速流では空気密度と温度は変化しますが、乱流の基本的な「ざらざら」した動きは概ね同じだと仮説は述べています。 

基本的に、モルコヴィンの仮説は低速と高速の乱流の動きはそれほど異ならないことを意味します。仮説が正しければ、高速での乱流を理解するために全く新しい手法は必要なく、低速流で用いる概念をそのまま使えるということです。 

– パルツィアーレ

これにより、全く異なる設計手法が不要となり、ハイパーソニック機の設計が簡素化されます。 

しかし、これまで仮説を裏付ける十分な実験的証拠は得られていませんでした。そのため、パルツィアーレとチームは挑戦し、10年以上かけて実験装置を構築しました。 

「Hypersonic Turbulent Quantities in Support of Morkovin’s Hypothesis」という研究で、チームは大気中に微量しか存在しない無色・無味・無臭の最軽量希ガス、クリプトンを使用しました。 

レーザーを用いて、パルツィアーレのチームはまずクリプトンをイオン化しました。そのガスを風洞内の気流に導入すると、一時的に原子が光る線を形成しました。最初は直線でしたが、風洞内の空気を通過するにつれて蛍光クリプトン線は曲がりねじれました。チームは超高解像度カメラでその動きを撮影しました。 

「その線がガスと共に動くと、流れのしわや構造が見え、そこから乱流について多くを学べます」とパルツィアーレは語ります。「そして、マッハ6では乱流の挙動が非圧縮流にかなり近いことが分かりました」 

研究によれば、実験データはハイパーソニックおよび超音速圧縮乱流の理解の基礎であるモルコヴィンの仮説を支持しています。 

モルコヴィンの仮説は完全に確認されたわけではありませんが、重要な成果です。ハイパーソニック速度で飛行するために全く新しい設計アプローチは不要であると示すことで、設計が簡素化され、ハイパーソニック飛行への大きな一歩が近づきました。 

「現在、航空機の設計にはコンピュータが必要で、マッハ6で飛行する機体を設計するためにすべての微細なディテールをシミュレートする計算資源は不可能です」とパルツィアーレは述べました。「モルコヴィンの仮説により、簡略化した仮定を置くことができ、ハイパーソニック機体の設計に必要な計算負荷を実現可能なレベルに抑えられます」 

高速飛行に影響する流体力学の研究で大統領早期キャリア賞（科学者・技術者）を受賞したパルツィアーレによれば、本研究の成果は宇宙輸送を変革する可能性があります。彼は次のように語ります： 

「ハイパーソニック速度で飛行できる航空機を作れれば、ロケットを打ち上げる代わりに宇宙へ飛び立たせることができ、低軌道への往復輸送が容易になります。これは地上だけでなく低軌道における輸送にも革命をもたらすでしょう」 

ハイパーソニック飛行、モビリティ、そして防衛を解き放つ競争

ハイパーソニック飛行はまだ実現していませんが、最初の超音速旅客機は1976年に初の商業フライトを行いました。イギリスとフランスの共同開発であるコンコルドは、音速を超える飛行が可能な超音速商業航空機で、豪華さと速度で知られ、大西洋横断路線を運航し、飛行時間を半減させました。 

しかし、約5万回の飛行の後、致命的な事故、乗客数の低さ、維持費の高さから2003年に退役しました。この高速航空の初期章は、将来の取り組みへの可能性と限界の両方を示しました。 

コンコルドは失敗しましたが、数時間で大西洋を横断できることを示しました。現在、組織は燃料効率の向上と高速飛行が可能な航空機の設計に注力しています。新世代のジェット機もハイパーソニック飛行の約束を実現しようと取り組んでいます。 

民間機はまだ極端な速度に達していませんが、軍用機はすでに音速の約3倍、すなわちマッハ3で飛行しています。一方、多くのハイパーソニック飛行がテストされており、マッハ5やマッハ10をはるかに超える速度で行われています。 

これらのマイルストーンは、ハイパーソニック運動が可能な最初の物体に遡ります。ハイパーソニック飛行用に製造された最初のものはバンパーロケットで、1949年に約マッハ6の速度に達しました。ただし、再突入時には失敗しました。 

航空機でこのような速度を維持・制御するために、新しい推進技術が不可欠となりました。 

ハイパーソニック飛行の主要技術はスクラムジェットです。超音速燃焼ラムジェット（スクラムジェット）は、ラムジェットの空気呼吸型ジェットエンジンの一種で、超音速気流で燃焼を行い、従来のラムジェットよりハイパーソニック飛行において効率的です。 

空気呼吸型ジェットエンジンの高度な形態であるスクラムジェットは、マッハ5以上で動作し、可動部品がなく、航空機の前進運動を利用して空気を圧縮し燃焼させます。 

スクラムジェット以前は、ラムジェットがマッハ3〜5への最も効率的な手段で、多くのハイパーソニックシステムの下位段として機能していました。ラムジェットとスクラムジェットの間には、マッハ3〜8の飛行を単一エンジンで実現するデュアルモードラムジェットがあります。 

次に、ターボベースのコンバインドサイクル（TBCC）エンジンがあります。これは従来のターボジェットとラムジェット/スクラムジェットのハイブリッドです。ターボジェットはマッハ2〜3程度まで動作しますが、より高い速度ではラムジェット/スクラムジェットモードに移行します。 

その他のエンジンには、大気中の酸素を利用して燃料を燃焼させるエアターボロケット（ATR）エンジン、連続回転デトネーション波で燃焼する回転デトネーションエンジン（RDE）、そしてプレクーラーで高速空気を環境温度に冷却する空気呼吸型とロケットのハイブリッドであるReaction Engines社のSABRE型コンバインドサイクルエンジンがあります。 

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これらのイノベーションは野心的な商業コンセプトへの道を開きました。例えば、A-HyMハイパーソニックエアマスターはマッハ7.3で運航する商業航空機を構想しています。この未来的なジェットコンセプトは、ロンドンからロサンゼルスまでの旅をわずか90分で完了できる商業旅客機を想定しており、約170名の乗客を収容できると見込まれています。 

エンジンシステムは斜めデトネーションエンジン（ODE）、ラムジェット、ターボジェット技術を組み合わせたコンバインドサイクル構成となります。また、水素エンジンで駆動されます。さらに、A-HyMはチタンと炭素繊維の構造を持ち、騒音問題に対処するためにソニックブーム緩和システムを組み込む予定です。 

ソニックブームは、物体が音速を超えて飛行する際に発生する轟音です。単一の「ブーン」ではなく、物体が超音速で飛行している限り連続的に放出される音です。 

次に、Venus Aerospaceが提案した再利用可能なハイパーソニック宇宙機「Stargazer」コンセプトがあります。これはマッハ9前後の速度、約5,000マイルの航続距離、そして10万フィート以上の巡航高度を目指し、世界旅行のための超高速プラットフォームとして位置付けられています。

最近、Lockheed Martin (LMT ) Venturesは、ハイパーソニックミサイル開発を加速させる競争が激化する中で、ロケット推進スタートアップへの戦略的出資を取得しました。 

Venus Aerospaceは、連続回転デトネーション衝撃波で推力を生成する回転デトネーションロケットエンジン（RDRE）を開発し、今年初めに2,000ポンド推力のRDREの飛行試験を完了しました。未公開の資金は、同社が「大規模での提供とエンジンの展開能力」を進めるのに役立ちます。 

このように、民間宇宙企業は再利用可能なハイパーソニックプラットフォームの実現に向けて加速していますが、彼らだけではありません。世界中の政府機関も先進的なハイパーソニック研究に投資しています。 

NASAのエンジニアは、米空軍研究所（AFRL）およびオーストラリア防衛科学技術機構（DSTO）と協力し、マッハ8を目標としたデュアルモードラムジェット/スクラムジェットをテストするハイパーソニック国際飛行研究実験プログラム（HIFiRE）に取り組んでいます。 

オーストラリア政府は最近、国内宇宙企業Hypersonix Launch Systems（HLS）に1,000万ドルの株式投資を行い、マッハ12以上で飛行し、水素燃料で駆動する航空機の開発を進めています。同社の独自スクラムジェットエンジンは「SPARTAN」と呼ばれ、再利用可能で3Dプリントされています。 

先月、GE Aerospace (GE )は、米国防総省の防衛生産法第III条プログラムの下で、同社の新しい固体燃料ラムジェットで動くデモ機ATLASの飛行試験を実施しました。 

欧州宇宙機関（ESA）もINVICTUSという研究プログラムを開始し、独自のハイパーソニック飛行技術を開発しています。これは持続的なハイパーソニック飛行の主要技術を実証し、マッハ5で飛行可能な完全再利用型機体となります。 

ハイパーソニック飛行技術への投資

Lockheed Martin Corporationは、設計・製造・統合・先進技術システムのサポートを行う航空宇宙・防衛企業です。事業は以下の領域で展開しています：

• Aeronautics
• Missiles and Fire Control (MFC)
• Rotary and Mission Systems (RMS)
• Space segments

同社は主に軍用航空機、空・海・陸ベースのミサイル防衛システム、軍事・民間ヘリコプター、有人・無人地上車両、衛星、宇宙輸送システム、エネルギー管理ソリューションの開発に従事しています。 

NASAと提携し、Lockheed Martinはソニックブーム問題に特化したX-59を開発しました。 

細長い胴体を特徴とするX-59は、音速突破時に衝撃波を再分配する設計で、地上での騒音を約75デシベルに低減し、車のドアを閉める音程度の「ドン」という音しか発生させません。 

先月下旬、X-59はSkunk Worksのパームデール施設からNASAのアームストロング飛行研究センターへ初飛行し、ロッキード・マーティンは「将来の飛行はこれまで以上に速く静かになる」という勢いを示したと述べました。 

全長は100フィート未満、翼幅は約30フィート、高さは約14フィートです。高度約55,000フィートで巡航し、マッハ1.4（時速925マイル）に達します。 

「X-59は、航空機の独自設計が生み出す静かなソニックブームの受容性に関する地域住民の反応データを収集するために使用されます。このデータは、NASAが規制当局に対し、陸上での商業超音速旅行の禁止を解除するために受け入れ可能な商業超音速騒音基準を設定する情報を提供するのに役立ちます」と同社は述べています。「この突破口は、航空機メーカーに全く新しいグローバル市場への扉を開き、乗客は現在の半分の時間で世界中どこへでも旅行できるようになります。」 

NASAと共同でX-59を開発しただけでなく、ロッキードはSR-72の開発にも取り組んでおり、運用目標は約マッハ6です。SR-71ブラックバードの概念的後継機については情報が少ないものの、SR-72は情報収集・監視・偵察を目的とし、通称「ソン・オブ・ブラックバード」と呼ばれています。 

この機体は2030年代に就役するハイパーソニック航空機として位置付けられています。 

時価総額1090億ドルで、ロッキード・マーティンの株価は現在470.78ドルで取引されており、52週の範囲は410.11ドルから546.00ドルです。EPS（TTM）は17.95、P/E（TTM）は26.22です。 

ロッキードは配当利回り2.93％を支払っています。先月初め、四半期配当として1株当たり3.45ドルを承認し、前四半期配当から5％増加しました。同社はまた、2024年第3四半期に配当と自社株買いを通じて株主に18億ドルの現金を還元し、総額90億ドルに増額しました。 

この期間の売上高は186億ドル、純利益は16億ドル（1株当たり6.95ドル）でした。営業キャッシュフローは37億ドル、フリーキャッシュフローは33億ドルです。 

ロッキードはまた、1790億ドルの過去最高の受注残高を報告し、CEOジム・タイクレットは「顧客の信頼が当社に対する長期的な成長見通しを支えている」と述べました。また「前例のない需要により、事業領域全体で生産能力を大幅に拡大している」と付け加えました。 

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結論

ハイパーソニック飛行はもはや遠いフロンティアではなく、検証可能な工学的課題となっており、推進システムの突破口、再利用可能な高速車両への世界的投資、そして何十年も前の仮説を検証する新たな実験により、現実に近づいています。 

参考文献

1. Segall, B. A., Keenoy, T. C., Kokinakos, J. C., Langhorn, J. D., Hameed, A., Shekhtman, D., & Parziale, N. J. “Hypersonic turbulent quantities in support of Morkovin’s hypothesis.” Nature Communications 16, Article 9584 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65398-4