北朝鮮の弾道ミサイルに備えて

☆☆☆ 弾道の特性 ☆☆☆

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Taepodong Missile

５　TD3 ( 銀河３号 ) の弾道特性を推定する。

　北朝鮮による「銀河３号」（TD3）の発射試験が失敗したことによって、その弾道を知る機会を失した。

ここでは、北朝鮮が事前に発表した、Stage1、Stage2 の落下予告位置、および記者団を招致して披露した「銀河3号」の形状・寸法、並びに、Stage1 の落下経路等から、成功裏に飛翔した場合のロケット・エンジンのパラメータを想定して、その最大射程における弾道特性を示す。

5.1　パラメータの設定

（１）重量・寸法

表２　TD3 の各段の重量・寸法
重量・寸法	Stage1	Stage2	Stage3	計
重　量 [kg]	79,000	12,000	1,000	92,000
長　さ [m]	15	9	6	30
直　径 [m]	2.5	1.5	1.3	-

（２）パラメータ

表３　TD3 各段のパラメータ
Parameters	Units	Stage1	Stage2	Stage3
Delay Before Ignition	[s]	0	12	12
BurnTime	[s]	118	122	40
Stage Dry Weight	[kg]	12,245	2,160	200
Stage Fueled Weight	[kg]	79,000	12,000	1,000
IspStage	[s]	240	255	270
StageDiametter	[m]	2.5	1.5	1.3

5.2 弾道特性（シミュレーション結果）

　以下のグラフにおいて、Payload 質量 = 1,000 [kg] , Launch Azimuth = 180°である。

図２４　Taepodong-3: 飛翔時間対飛翔距離

　ミサイルの最大射程・飛翔時間:　5,210 [km]、1,281 [s](21' 21")

　各段の落下距離・飛翔時間：

Stage1: 490 [km], 348 [s](5' 48")、 Stage2: 2,700 [km], 829 [s](13' 49")

図２５　Taepodong-3: 飛翔時間対飛翔高度

　ミサイルの最大弾道高・飛翔時間:　689 [km]、736 [s](12' 16")

　各段の最大上昇高度・飛翔時間：

Stage1: 81 [km], 213 [s](3' 33")、 Stage2: 351 [km], 493 [s](8' 13")

図２６　Taepodong-3: 弾道側視図

図２７　Taepodong-3: 弾道側視図（拡大図）

　図26 及び 27 に示すように、Stage1、Stage2 ともに予告落下区域に落達している。ただし、予告落下区域の遠限界近くに落達している。

5.3 ペイロード対射程

　上では、南向きに発射した場合の弾道について、その特性を示した。米本土を目標にする場合、発射方向は概ね、東向き（Launch Azimuth = 90°）になるので、ここでは、東向き弾道について、ペイロード質量に対する最大射程を示す。

　図28 に、ペイロードに対する射程を示す。青色グラフは、これまで説明してきた、Stage1 及び Stage2 が予告落下区域の上限に、赤色グラフは、中点付近に、また、草色グラフは下限に落達する弾道に対応している。

　グラフの赤色帯「米本土西沿岸地域」は、舞水端里から西沿岸主要都市（San Francisco, Los Angeles, San Diego）までの距離である。

　Taepodong-2(3) のペイロード質量は、700 - 1,000 [kg] と見積もられているが、この場合、米本土西沿岸地域には到達できない。

　ペイロード質量を 500 [km] まで下げれば、到達する可能性はある。ただし、今回の発射試験の失敗で、第１弾ロケット・エンジンの質の悪さが露呈され、草色グラフの可能性が高い。ここの場合、ペイロード質量を 500 [km] に下げても到達できない。

　ペイロード質量 500 - 1,000 [kg] に対する、草色グラフの射程は、5,800 - 4,600 [km] である。

図２８　Taepodong-3: ペイロード対射程

　ロケット・エンジンの出力は、ロケット・エンジンの構造質量比(ε)と推進剤の比推力(Isp)で決まる。ここで、図28 に示す赤色グラフおよび草色グラフに対応するロケットエンジン（Stage1）の ε と Isp の組み合わせを求めると下図のようになる。

図２９　Stage1 の構造質量比と比推力の組み合わせ（図28 の赤色グラフに対応）

Taepodong3_Stage1_Isp_Structre_Mass_Ratio

　図29 に示すように、構造質量比が 0.17 と低い場合（通常、”重いエンジン”と呼ばれる）、それを補って、中程度の射程を確保するには推進剤の比推力を 240 [s]に上げる必要がる。

　一方、図に示すような質の悪い推進剤（Isp=226[s]）が使われているとすると、それを補って、最小限の射程を維持するためには構造質量比を 0.165 以下に下げる必要がある。

5.4 「銀河２号」は「銀河３号」のためのワンステップに過ぎない。

　2009年4月に行われた発射試験で、第２段（Stage2）が、3,200 [km] ほど飛翔して、太平洋上に落下したことから、３段目が機能していたら、その射程は、6,000 [km] に達すると推定され(注1)、それ以来、「Taepodong-2 の最大射程：6,000 [km]」が一般的に使われるようになった。(注2)

　最大射程は、概略、第２段の落下距離の 2 倍ほどになるのだが、2009 年の発射試験における落下距離 "3.200 [km]" は、第３段とペイロードを軽いダミーに置き換えて得られた値であり、その値から、直ちに最大射程を推定ことはできない。

「Space Launch Report: Unha Data sheet」によれば、Taepodong-2 の重量は 78 [ton]（Stage1: 66 t, Stage2: 11 t, Stage3: 1.0 t）である。また、「WikipediA:Taepodong-2」では、79,189 [kg] としている。

　北朝鮮が公表した「銀河３号」（Taepodong-3）の重量は、92 [ton] であるあから、Taepodong-2 に比べて、13 [ton] の増加である。

　この重量増加について、韓国政府機関のある専門家は、2009 年の失敗は、推力不足が主要な要因だった可能性があり、その克服のためのロケットエンジンの強化だとしている。(注3)

　しかし、この見方は誤っている。推力不足の場合、第２段は、3,200 [km] まで飛翔しない。第３段ロケット・エンジン及びペイロードを搭載した状態で、第２段の落下距離 3,200 [lm] が生じたとすれば、この時点で、第１段（Stage1）ロケット・エンジンは強力なエンジンでなければならない。

　重量 78 [ton] の制約のもとに、上の条件を満足る Stage1 については、その構成を次のように設定することによって可能なことを、これまでに示してきた。

　Taepodong-2 Stage1 推進剤充填質量：66 [ton]

推進剤質量： 60 [ton] (推進剤充填率=0.91)

推進剤空虚質量： 6 [ton] (構造質量比=0.09)

　　　　　　　　　　　　　推進剤比推力： 225 [s]

　ただし、このように、構造質量比の小さい、すなわち、軽くて、強度の高いロケット・エンジンは北朝鮮には存在しない。

　現時点で、スチールに替えて機体にアルミニウム・マグネシウム合金を使用していると仮定しても、構造質量比は、0.16 ～ 0.15 である。

　そこで、Taepodong-2 Stage1 の発射重量当たりの推力を、構造質量=0.155、発射重量 92 [ton] の Taepodong-3 に適用すると、必然的に、その Stage1 の推進剤充填質量は 13 [ton] 増しの 79 [ton] になる。（前述したことを再記述）

　Taepodong-3 Stage1 推進剤充填質量：79 [ton]

推進剤質量： 66.755 [ton] (推進剤充填率=0.845)

　 推進剤空虚質量：12.245 [ton] (構造質量比=0.155)

　　　　　　　　　　　　　推進剤比推力： 240 [s]

　すなわち、ロケット・エンジンの質の悪さを、推進剤の量で補わざるをえなかっただけである。

　2009 の発射試験は、第１段 及び 第２段のロケット・エンジンの性能を確認するための飛翔試験であり、この試験によって、ペイロード 700 - 1,000 [kg] をもって、射程 6,000 [km] 以上を得るには、Stage1 の推進剤充填質量を 13 [ton] 増加する必要があるとの知見を得たものと思われる。

　Stage1は、Nodong-2 のロケット・エンジンを 4 基束ねたのである。なお、Nodong-2 のエンジンのパラメータは「FAS」(Federation American Scientists)によれば次ように見積もられている（注4）。

　(1) 推進剤充填質量（Stage Mass）：15,092 [kg] 、

　(2) 推進剤空虚質量（Dry Weight）: 1.780 - 2,180 [kg]

　(3) 推力（Thrust）：Effective: 26,051 - 26,709、Actual: 26,760 - 26,600 [kg f]

　(4) 燃焼時間（Burn time）：110 [s]

　比推力（Isp）：226 [s]（海面高度）、264 [s]（真空中）、230 [s]（Actual）

　上のデータを参考に、Stage の推進剤充填質量を 15,100 [kg], 構造質量比を 0.155 とすると、空虚質量 = 15,100 x 0.155 = 2,340 [kg], 推進剤質量 = 15,100 - 2,340 =12,760 [kg] となる。

　単純に、Taepodong-3 の第 1 段が、４基の Nodong-2 の エンジンを束ねて(clustering)構成されているとして、4 倍すると

　Taepodong-3 Stage1:

　　推進剤充填質量：15,100 x 4 = 60,400 [kg]

　　推進剤質量： 12,760 x 4 = 51,040 [kg]

　　推進剤空虚質量： 2,340 x 4 = 9,360 [kg]

となり、前に示した「taepodong-3 Stage1」を満たすためには、質量的に30 % ほど、スケールアップしなければならない。

　ただし、Taepodong-2 の段階で、すでに、10 % アップしているから、この段階におけるスケールアップは 20 % ほどになる。

　なお、誘導のための推力方向の制御については、中国の「LM-1」（衛星打ち上げロケット）と同様、「Jet Vanes」方式 (ノズルを通過した燃焼ガスの方向を偏向版によって変える) を採用していると思われる。

　推力増加に伴い機体強度の増加が要求される。この条件下に、構造質量を低く抑えて、スケールアップを図ることは、３年ほどでできるものではない。小規模の発射試験を組み入れて、少なくとも 5年以上を要するものと思われる。

　では、なぜ、この時期に発射試験を行ったのであろうか。これについては、北朝鮮が発射試験を行う前に次のように発表している。

　北朝鮮は、３月１６日、故金日成主席誕生１００周年を祈念する行事の一環として4月12日～16日の間に地球観測衛星打ち上げると国際民間航空機関（ＩＣＡＯ）と国際海事機関（ＩＭＯ）に通報した。

　しかも、この発射試験には、国外の記者団が招待されている。発射試験によほどの自信がない限り、このようなことは考えられない。

　発射試験が失敗に終わったこと、しかも、不具合は少なくとも発射前日に発生し、それを承知の上で急遽、発射試験を強行したことは、開発現場と統括部門の意思の疎通が機能していないことを感じる。

　また、修復→再発射の道を選択しなかったことは、かなり深刻なトラブルと思われる。今後、2006 年、2009 年,　2012 年と 3 年間隔で進めてきた Taepodong の発射試験を継続して、開発を継続するのか、北朝鮮は正念場に立たされた。

　現在進めている Nodong エンジン 4 基を束ねる「Clustering」方式で行くのか、再度、ロシア、中国の技術援助を仰ぐのか。

　先に挙げた中国の「LM-1」（1970 年初発射）は、総重量 81 [ton]、全長 29 [m] で、Stage1 及び Stage2 の推進剤質量が、それぞれ、60 [ton]、12 [ton]、比推力が、それぞれ、241 [s](海面高度)、287 [s](真空中) で、規模的には、Taepodong-2 とほぼ同一の人工衛星打ち上げ用ロケットである。

5.5 失敗した発射試験から予想される弾道特性

　「銀河２号」（Taepodong-2）、「銀河３号」（Taepodong-3）は弾道ミサイルとして、それぞれ独立したものではなく、単に開発のステップを示すものである。

(注)我が国防衛省（技術研究本部）における装備品の開発において、開発が長期にわたり、この間に数度の試験おこなわれる場合は、たとえば、「第１次発射試験」、「第２次発射試験」、・・・・と呼称する。なお、「実験」という用語は使わない。

　従って、「銀河３号」の発射試験に失敗したことは、Taepodong-2 の開発が終了していなことを意味し、現時点で、米本土を "無慈悲に" 攻撃できない。

　北朝鮮が独力で完成させさせるには、しばらく時間がかかると思われるれので、北朝鮮が意図したと思われる発射試験の弾道を予想して以下に示す。ここに示す弾道は、表３パラメータ において、Stage1 の構造質量比を 0.155 → 0.160、比推力を 240 [s]→ 235 [s] にして、エンジン性能のグレードを下げ、Stage2 が、予告落下点の中点付近に落下するように設定した弾道である。