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宇宙科学の最前線

宇宙インフレータブル構造物

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インフレータブル構造物とは

 インフレータブルとは「膨張できる」という意味です。膜面を内圧ガスで膨らませた空気膜構造物としてのインフレータブル構造物は,地上建築物としてすでに長い歴史を持っています。1970年の「大阪万国博覧会」では多数の空気膜構造物パビリオンが出現しました。また,最近では東京ドームがよく知られています。空気膜構造物の特徴は,大空間が作れる,建造工期が短い,低コスト,地震に強いなどですが,これらの特徴は宇宙構造物にも適していると考えられます。1960年代にはアメリカが空気膜構造物を衛星構造に適用し,ECHO衛星シリーズを打ち上げました(図1)。これは地球からの電波を球形表面で反射して通信する,受動的通信衛星を狙ったものでした。しかし,その後はトランスポンダを搭載する能動的通信衛星が主流になったため,宇宙インフレータブル構造物はしばらく途絶えていました。

 近年になって,大型宇宙構造物への関心や要望が高まり,軽量,高収納率,機構部品の少なさなど,宇宙で大規模構造物を構成することに適している特徴が見直され,宇宙インフレータブル構造物の研究が再び盛んになってきました。


図1
図1  空気膜構造物の例 ECHO衛星 (C)NASA


インフレータブルの特徴

 宇宙インフレータブル構造物は,展開,膨張,硬化の3過程からなります。それぞれの過程の特徴と,どんな研究・開発が望まれているのかを以下に述べながら,一緒にアイデアを考え出すことに参加していただきたいと思います。

 膜構造物を折り畳んだ収納状態から展開させる技術は,宇宙インフレータブル構造物に限らず,ソーラーセイルを含む大型膜面構造物全般に必要とされる技術です。大型膜面構造物では,いったん全体を製造してから折り畳むという作業が困難なので,製造しながら折り畳んで収納状態にしておく方法が用いられることになるでしょう。ただし,この製法の場合には,地上で十分に展開試験したものを打ち上げるというこれまでの信頼性の考え方に沿うことができなくなります。仮に地上で展開試験ができたとしても,極めて柔軟かつ軽量なものであるので,展開試験中に空気や重力の影響を十分に排除することができないため宇宙空間を模擬した試験とすることは困難で,また,展開したものの収納作業における再現性を保証することも難しいと考えられます。超大型膜面構造物の地上試験検証方法の確立には,発想の転換が必要とされています。

 膜面の折り畳みの幾何学には数々の興味深い研究があります。しかし,現在考案されている折り畳みの幾何学は展開後の形状に強く依存したものなので,折り畳み方法は汎用性に欠け,また設計変更に対する見通しも悪いのが現状です。高収納率と確実で安定な展開とを保証する汎用性のある折り畳み方法の開発は,宇宙インフレータブル構造物の研究・開発・利用をさらに活発化するものです。



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