No.206
1998.5

第４回　こんな工夫がいっぱい
　　 ＰＬＡＮＥＴ-Ｂの衛星システム　

中谷一郎　　

　火星探査機 ＰＬＡＮＥＴ-Ｂの科学的なねらいや期待される観測上の成果は，このシリーズの別稿に解説があります。一方，これと並んで工学的にも，このミッションは大きな意義を持っています。我が国初の惑星探査機として，今後，日本の宇宙科学が深宇宙に展開していくために必要な，いくつかの新しい工学技術の確立を狙っているのです。

　これらの技術には，例えば，軌道制御，超遠距離通信，自律運用システム，高性能２液推進系，軽量・高機能な搭載機器などが含まれます。中でも，搭載機器の小型・軽量化は，最も大きな課題の一つでした。比較のため，諸外国の火星探査機を見てみましょう。アメリカのバイキングが，3.4トン，マーズオブザーバーが，2.6トンのヘビー級，画期的な軽量化を図ったマーズパスファインダでも，１トンと，言わばミドル級，ロシアのフォボスやマーズ96に至っては，６トンを越すスーパーヘビー級です。それに対して，我が ＰＬＡＮＥＴ-Ｂは，ナント540kgと，フェザー級です。ボクシングで言えば，フェザー級とヘビー級が同じリングに上ることになります。しかし，軽くても狙う科学成果は，世界チャンピオン級という方針を貫くこととしたため，減量に随分苦しみました。

　 ＰＬＡＮＥＴ-Ｂの基本形状にも軽量化の工夫がされています。下の図をご覧下さい。姿勢安定方式としては，スピン型を採用して制御系を簡素化し，地球との通信に必要な高利得アンテナをスピン軸方向に置きます。このアンテナを地球方向に向け，しかも，太陽電池パドルを太陽方向に向ける必要があります。幸い火星から視たとき，地球と太陽方向の成す角は，最大でも45°の範囲にあります。このため，±0.7°という鋭い指向特性を持つアンテナを地球に向けても，太陽電池には十分な光が当ります。この形状を用いることにより，アンテナや太陽電池パドルを衛星本体に対して回転させるメカニズムを省くことが可能になり，重量の節約と信頼性の向上を達成しています。

　構造・材料にも新しい技術を開発し，軽量化を図っています。例えば，高利得アンテナの鏡面は，炭素繊維強化樹脂(ＣＦＲＰ)を，３軸織と呼ばれる特殊な手法で織り上げてあります。また，推進系のヘリウムタンクは，１cm²当り250kgの高圧に耐え，且つ，極度の軽量化を図るため薄いチタン合金で作り，その周囲を炭素繊維強化樹脂で覆うという方式を導入しています。

　この他，軽量化に寄与するバス系の新技術としては，水素吸蔵合金を用いた電池，17％の高効率太陽電池，ＤＲＡＭによる半導体データレコーダ，軽量分散形のコンバータ，エレクトロニクスの新しい基板材料および実装手法の導入などの例が挙げられます。

　軌道設計に関して言うなら，打上げ後，地球の引力圏を脱出するまでの約5.5カ月間に，月スイングバイを２回，地球スイングバイを１回行うというユニークな方式も，搭載推進剤の重量軽減を狙ったものです。

　これらの技術は，文章にすると，数行ですんでしまいますが，一つ一つの技術開発の裏には(文学的な表現をお許し頂けるなら)，担当者達の涙と汗の試行錯誤を含む長いドラマが隠されているのです。 ＰＬＡＮＥＴ-Ｂで開発した軽量化技術は，今後の科学衛星設計の原点となる一つの雛型を創り出したと言えましょう。

　部分的な例を紹介しただけで紙数が尽きましたが， ＰＬＡＮＥＴ-Ｂは，工学の立場からも，地味ではあるが極めてチャレンジングな技術の集大成であることをお分り頂ければ幸いです。

(なかたに・いちろう)
＜ＰＬＡＮＥＴ-Ｂ打上げまで　あと２ヵ月＞