第118話:航空技術者は第一世代MBT以上の存在を生み出そうとする（後編)
長いので分けました
このモーターの開発のきっかけはアインシュタインだ。
2575年に一般相対性理論を発表したアインシュタイン。
この理論を電気力学に応用することが出来ると理解した技術者がいた。
G.Iに所属するクロン技師だ。
彼はモータと発電機の電気力学に関するテンソル理論を2600年に発表。
それと同時にその理論を適用した、より高効率なモーターもG.Iが発表する。
驚くべきことに京芝はそのG.Iの基礎技術を独力で再現してみせるのだ。
その１つが今回搭載予定の新たなモーターである。
そしてテンソル理論はこれで終わりではなかった。
テンソル理論はその後大きく発展してベクトル制御などへと進化する。
ベクトル制御とは三相式交流モーターなどに用いる三次元的な周波数の変動によるN極とS極の変化を活用した制御方法。
三相式交流モーターにおいてはそれぞれある1点を始点に120度に１つずつ用意された、３つの磁束を発生させる支点においてNとS極が周期的に変化していく。
３つの周波数それぞれを別々なものとすることで回転子、つまり渦電流によって回転するシャフトと一体化した機構の駆動をなめらかなものとしようとするものである。
理論としてはトルク発生の電流と回転を誘導するための磁束発生を促す電流を計算式で分解し、三角関数などを用いて座標を算出。
その座標に合わせて電流を調節することで、最終的に回転式のトルクセンサー等の一切を排除した完璧なモーター駆動というものを達成させることが出来るというもの。
ようは現在位置の算出を推定で導き出すことが出来るようになるもの。
ただしセンサーがないということは相位を見失って逆回転してもそれに気づかないことを意味しており、例えば何らかの原因で……断線やら何やらで現在の相位を見失えばそれが電車ならば逆走暴走する可能性を孕むことになる。
自動運転なんかにそんなものを搭載した日には逆走事故が起こってもおかしくない。
これはセンサレス式ベクトル制御最大の弱点であり、VVVFインバーター黎明期においては鉄道研究所などが実際に暴走を確認していた。
基本的にそういうのはATSで防ぐしかないとの事だったが、発生確率も極めて低いのである程度は目を逸らすしかないだろうとなり、線路側でその様子を見てどうにかするということになった。
リスクとして見た場合、十年に1度起きるか起きないか程度の確率で、起きた場合多くの負傷者を出すことになりうる。
まあ通常は有人運転だから危ないとなったら停止させればいいだけだからな。
しかしながら運転手が必ずしも正常とは限らないし、俺がやり直す頃には自動運転なんて存在もあった。
他方、京芝と四菱電気は後にこの弱点が気に入らず、完璧なベクトル制御を可能とすることを目標に掲げ、新たに永久磁石を用いた同期型モーターに拘るようになる。
俺がやり直す直前の頃には次の時代は同期モーターといわれていたが、交流式誘導モーターの寿命は直流式のブラシを用いたモーターより短かったな。
PMSMと呼ばれるこのモーターは皇国の鉄道にそれなりの数が採用される一方、それまで主として採用されてきた誘導電動機＋VVVFインバーターと比較した場合、従来までの誘導電動機においては電圧変化等でしか状態把握できなかったのに対し……
京芝はPMSMが永久磁石を用いる以上、回転方向に従った変化があるはずと見込んで研究を続け、ついに特定のパルス波長の変化をモーター駆動前に回転子が発生させることを発見。
これを活用し、駆動前に常時テストできる画期的な仕組みを開発して実用化。
これによりセンサレスでありながら逆走を防ぐフェイルセーフ機構を導入している。
つまり電車が走り出す直前にモーターの回転方向を見直すことが出来るようになっているのだ。
最新鋭のPMSMを搭載した車両だけに限定された話である。
センサレスはモーターの部品点数を減らして極めてシンプルな機構にできうるためコスト削減などに繋がり未来の鉄道においては主流となるが、そのモーターの駆動においてはテンソル理論から発展した推定を用いたものが主流となり、これによって発生する暴走事故はATSで判断するしかないというのを覆した。
従来のベクトル制御では、例えば終点駅などはその終点駅の終着点より先は閉鎖区間……
つまり進路という扱いではないためATSが働かない空間であるのでもしかすると自動運転なんてものが生まれたら従来の三相式誘導モーターでは逆走がありうる。
それをどうにかできる技術すら確立して「未来の鉄道はこれだ！」と示すところまで持っていくのである。
その基礎の基礎となる理論を活用した画期的なモーターが昨年誕生し、それを活用した新たなモーターを搭載すると、そういうわけである。
ああ嫌だ……このまま行くと同期モーターを搭載する戦車の姿が見える。
そんなのが第四世代MBTなんて言われたりしなけりゃいいが……
ともかく、現状においてはこれほどまで喜ばしい事はないので、かすかに見える混沌とした皇国面な未来は無視して新型モーター採用は決定。
モーター重量は20%削減されるが、これも大きい。
また最大許容電力は従来の定格150kWから定格180kWに拡大する。
定格150kWは国産のCs-1が1040馬力出せるか不安だったためなのと、当時の鉄道用として最大規格であり量産が容易だったために採用された経緯がある。
このため、最大1040馬力を電力変換できるのが当たり前である現状においては性能不足となってきたためだ。（モーターは定格出力を越えた状態での運用には向いておらず、出来ない事はないものの非常に効率が悪い）
発電機もテンソル理論を応用したより高効率なものとなるのも相まって、9割程度の出力を電気に変換できるようになった。
結果車で言えば900馬力相当をモーターで出すことが出来るはずなのだ。
さらに電気を伝える配線も変更が加わった。
従来では高価かつ重い銅が用いられていたが、皇国において本来の未来においても完成していたアルマイト電線に変更する。
本年である2601年より量産が開始が予定されているもので実用化にすでに成功している。
無論こちらの実用化に成功したのも日本の電線の父たる坂本貞次博士だ。
アルマイト処理の確立に手間取って完成の前倒しは無かったものの、量産体制はすでに整っている。
これは表面にアルマイト処理による絶縁を施したアルミによる電線だ。
アルミは銅の64%の電気伝導率だが、太さを2倍に増やせば効率的には同等以上となる。
他方、その重さは銅の1/3。
つまり同じ電気伝導率となるよう電線の太さを調節してやれば銅より軽くなるのである。
スペースこそ奪われるが、現段階のゴムなどによる絶縁よりもアルマイト処理による絶縁の方が上回っており、総合的な効率はさらに高い。
貴重な銅を使わないというのはコスト削減に繋がるだけでなく、大幅な軽量化を達成できる。
採用しない手はない。
まあアルマイト配線程度ではどうにもならない程、他の影響でコストは跳ね上がるのだが……
当然テンソル理論を活用したモーターが安いわけがなく、調達価格は倍である。
1個につき倍なのにそれを４つも必要とする。
PCCシステムですら安くないのに……
しかも装甲部材だって複雑化するのだからさらに値段は上がる。
アルマイト配線によるコスト削減効果は相殺されすぎて無いも同然だ。
仕方あるまい。
PCCシステム自体もG.Iが皇国に共同会社を設立したことで改良の目処が立った。
より戦車に向けて制御方法を効率化し、電力の無駄を無くす。
これがどこまで影響するかはわからないが少しでも行動可能距離が伸びてくれることを願う。
さて、ここからがこの戦車の肝となる部分。
砲塔周りだ。
主砲に関しては100mm以上の大口径砲の搭載を検討していると上層部には伝えてあるが、実は俺が搭載したい砲塔は決まっている。
新型戦車においては戦後に105mmライフル砲、その後第三帝国の後の国による120mm滑腔砲を搭載できるだけの余裕を確保するが、その前段階にて2603年に投入する車両においては120mm砲を搭載したいのだ。
本来の未来においては正式名称を三式12cm砲という。
こいつは一体何なのかと言うと、海軍の傑作砲である八九式12.7cm広角砲を参考に当時の陸軍の持つ技術……特に今現在重駆逐戦車が搭載している8.8cm砲の技術などをフィードバックして開発した極めて優秀な戦車砲にも採用できる高射砲である。
俺が当初100mm以上と主張した際、上層部の人間は眉をひそめた。
理由はわかっている。
俺が長10cm砲、正式名九八式十糎高角砲を採用しようとしてるのではないかと疑ったのだ。
これは海軍のものだからという理由ではない。
もっときちんとした理由がある。
元々陸軍は野砲関係において砲身寿命が短く、かつ生産性の低いものをとにかく嫌った。
重駆逐戦車の主砲だってわざわざ性能低下を恐れずに生産性と整備性を向上させるために独自改良してしまっているぐらいだ。
長10cm砲は砲身寿命が短いばかりか、その砲身の交換も容易ではない。
性能は優秀だが、陸軍において性能とは整備性と長期運用可能性も含んで評価しているもの。
そのため長10cm砲の評価は極めて低い。
むしろ陸軍にとっては同じ八九式では12.7cm高角砲の方を高く評価していた。
その技術を海軍から提供してもらってまで新型の高射砲を開発したぐらいだ。
それこそが三式12m砲なのである。
砲身寿命を保ちつつ、かつ威力を保ったまま非常に高い初速を得るには大口径化は必須。
実際に完成した三式高射砲は120mmピッタリであり、むしろ参考にした存在より7mm細くなったが、これは野砲として利用した際の弾丸重量を20kg程度にしておきたかったからとされる。
自動装填装置を組み込んだ三式ではあったが、いざという時を考慮した場合、弾丸重量が27kgとかあったら装填に時間がかかって意味がないわけだ。
全てにおいてバランスを重視しつつ、理想の状態を追い求めた結果の120mmということである。
当然にして八九式との互換性など一切ない。
各部は当時の技術によって大きく洗練された。
砲を支える測距に電子装置などを組み込み、その命中率は低くなかった。
実際こいつでもって本来の未来では何機ものB-29を落とした確かな実績がある。
初速は秒速約850m～860mと駆逐戦車の搭載砲よりも毎秒100m以上も増加。
同じ120mm級でいえばIS-2が装備しているD-25Tが秒速760mとかその程度であることを考えれば初速は極めて早い。
第三帝国の戦車砲に匹敵するほどであり、500m以内ならば三式の弾頭重量23kgの砲弾を秒速850mで打ち出した場合、間違いなくティーガーⅡの装甲を突破できる。
それだけじゃない。
マウスですら側面からならば侵徹可能だ。
現状においてこれ以外の砲塔は考えたくない。
眉をひそめる上層部にはすでに試作製造が開始された12cm高射砲のことですと伝えておいたが、それはそれで困惑した表情となった。
何しろこいつはまだ設計が終了し終わった段階にすぎない。
実力は未知数などころかどれだけ量産できるかわからない。
それでも俺は、ここは陸軍の意地の見せ所だと言って起案書に改めて採用予定と明記している。
そして上層部にはどんなことがあっても2603年春までに300～400程度作れるよう手配して欲しいと頼んである。
これが不可能だと海軍砲に頼らざるを得ない。
しかし八九式は初速が遅すぎるし、長10cmは前述の問題がある。
となると最悪は海軍が本年に試作品を作り上げる試製一式12.7cmこと正式採用時の名称五式十二糎七高角砲を採用せざるを得なくなるかもしれない。
陸軍上層部にはそのことについても触れたが、何しろこれは微妙に失敗作になりかけている品だ。
性能と整備性と砲身寿命を整えようとしたら重量過多に陥った。
原因は12.7cmを純粋に改良して性能向上を果たそうとしたことだ。
全体を一から作り直したモノと差が出て当然ではあるが、砲身長は殆ど変わらないのにも関わらず、12cm高射砲と比較して砲身重量だけで600kg以上も重いのだ。
システムを整えたとしてもさらに重くなる。
しかも弾頭重量は27kg。
重すぎるといわれたIS-2の25kgからさらに2kgも重いんだぞ。
こんなのどんな装填手を同乗させればいいというのだ。
きっと戦車部隊からは批判される。
"横綱か大関か、相撲力士を連れて来いというのか！"――などと激怒するのは間違いない。
装填速度が遅くなって戦闘能力が低下するのも避けられない。
だから当初よりこれは最悪の場合を想定して頭の中に入れるだけで、海軍には事情を伝えた上で12cm高射砲を戦車砲としたものを絶対とするべきであるとは上にも伝えてある。
陸軍上層部にはそこまで強力な砲は必要なのかと問う者もいるそうだが、相手はティーガーⅡ、エレファントなどだ。
さらにもっと強力な戦車が出てくる可能性だってある。
確かに第三帝国は均質圧延装甲は作れない。
アレを作るためのローラーにはテンソル理論を応用したモーターが必要不可欠。
それを作れるのは現状皇国とNUPのみ。
テンソル理論の元となったアインシュタイン博士を彼らは追い出してしまった。
まさかそれがモーターの大幅な進化に繋がるとは思っていなかったのだろう。
本来の未来において後年ポルシェ博士はそのことに頭を抱えたというが、高効率なモーターすら彼らは手に入れることができなかったのだ。
このことが大きく足を引っ張らないわけがない。
どう足掻いても彼らは性能的限界が及ぶ。
それでもティーガーⅡの装甲を貫くのは容易ではない。
だからこそ12cm高射砲でなければ駄目なのだ。
それを三式12cm戦車砲と名づけて搭載しなければならない。
――と、当然このような大口径砲を搭載する以上、戦車内部の構造も大きく変更する事になる。
従来の駆逐戦車はケースメート方式だった。
これは戦車内に支柱を設け、装填手などの椅子はそれらに吊り下げられる格好となるやや戦車としては古い構造だ。
王立国家の一部の試作戦車などにしか採用されなかった構造だが、当時の皇国ではバスケット構造を回避した場合、この方式以外に技術情報がないので作る事が出来なかった。
しかし今回は違う。
T-34の鹵獲によって新たな内部構造をリバースエンジニアリングすることで皇国は手にする事ができた。
それが未来の戦車においてバスケット構造と二分するターンテーブル方式。
ヤクチアを中心に様々な国が第三世代相当の主力戦車に採用している。
ようはバスケットをやめることで内部空間を有効利用できる構造で、床のターンテーブルが砲塔の回転と同期する機構があるだけで内部空間を邪魔するバスケットは一切無い。
この構造においては内部の広い空間をとにかく活用するため、戦車長の椅子などは砲塔リングの内側に溶接やボルト止めされており、折りたたみ式で砲塔リングに背中を預ける形で砲塔と一緒に回転するのだ。
装填手などはターンテーブル側と接合された椅子に座る格好となる。
ちょっとした利点としてはバスケット構造ではないので足などを伸ばせること。
決して広い空間ではないものの、ヤクチアの技術者や戦車兵曰く疲れにくいとされる。
まあヤクチアの戦車の場合、他の構造によって内部は非常に窮屈なので、それぐらい出来ないと大変なのだとは思われるが……それはさておき、この構造を利用する最大の利点は広い空間に様々なモノを積載できることだ。
ヤクチアの場合は弾薬ボックスなどを近場に配置し、予備弾頭をも砲塔リング内部に据え置いて活用していたほどである。
バスケット構造だとそうは出来ず、NUPの場合は床下に弾薬ボックスを配置して床下から取り出していたりしていたのだが、ただでさえトーションバーで車高が上がる構造なのにも関わらず、そこにさらに床下に予備弾丸などを配置したら当然にして全高は上がっててしまう。
全高などを上げれば当然車体面積が広がって車体が重くなって……負の連鎖が続く。
センチュリオンではそれらを調節するための7.55mでもあったとの事だが、元々3.12mでも内部空間に余裕がなかったために回転砲塔を採用できなかった皇国においてはバスケット構造は採用できない。
よってターンテーブル方式とし、弾薬ボックスなどは車体後部に配置。
恐らく今後開発される皇国戦車の主流になるのはターンテーブルになることだろう。
ターンテーブルにした分、弾薬ボックスの位置はより近くなっている。
おまけに予備弾頭はヤクチアと同じく一部は砲塔リング周辺に立てかけるようにして積載する予定だ。
こういった空間の有効活用により、上手くいけば後方に脱出口を用意できるかもしれない。
エンジンなどは以前と同じく前方中央に配置。
理由はCs-1の全長からエンジンを横置き出来ないからである。
縦置きでしか使えないため前方に配置せざるを得ないのだ。
後方配置とすると重心が大きくフロント寄りになってしまうこともあり前方配置を改める事はない。
被弾率増加は装甲の強さで乗り切ることである程度度外視した。
最悪エンジンが不動になっても動かせる冗長性も相まって目を瞑った。
Cs-1はコンパクトなため乗員の生存率向上には殆ど寄与しないだろうが、多少なりとも防弾装甲として機能してくれるかもしれない。
操縦席は新たな位置として前方右側になり、左側に補助動力装置などが配置される。
燃料タンクはエンジンの左右を通して車体の前方から中央までの大半を占めるようになる。
弾薬ボックス等は後方。
重量配分は105mmライフル砲、120mm滑腔砲を搭載して理想の重量バランスにするようにし、12cm高射砲の時点では50:50には拘らない。
上記二種より重量がやや重いので前側に少々重心が偏ると思われる。
逆を言えば威力が向上するにも関わらず上記二種を搭載すれば軽量化できるというわけだ。
12cm高射砲もまた完璧ではないという事だな。
全体の外観はどうなるかわからないが、俺が個人的に目指すのは最終的にT-72相当になれる代物だ。
いきなりそうなるわけじゃないが、外観もそれに近くなるのではないかと思われる。
開発はまだ始まったばかり。
これからどんな壁が待ち受けているやら。
