宇宙航空研究開発機構 サイトマップ

TOP > レポート&コラム > ISASメールマガジン > 2013年 > 第444号

ISASメールマガジン

ISASメールマガジン 第444号

★★☆━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
ISASメールマガジン   第444号       【 発行日− 13.03.26 】
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

★こんにちは、山本です。

 満開のサクラと共にやってきた「花冷え」
花見・送別会の季節なのに、体調を崩している人が多いようです。
無理せず元気に新年度を迎えましょう。

 中庭のサクラを見ようと省エネで照明が薄暗い廊下を歩いていると、K先生の居室のドアに 何か貼ってあります。

何だろうと思って近づいてみると、それは仮面ライダーのバイクの【フィギュア】でした。

 さらによく見るとバイクのマフラー部に付せんが付いています。
「ECRエンジン」

早速 仮面ライダーのバイクについてネットで調べました。

「マイクロ波放電式イオンエンジン」
ECR放電によるプラズマ生成によってイオン加速し、最高【時速】410kmもの超スピード走行が可能

ですが

イオンエンジンを使って帰還した「はやぶさ」は、【秒速】12kmで地球に突入しています。

 おっと 話がそれていますね……

 今週は、宇宙機応用工学研究系の大槻真嗣(おおつき・まさつぐ)さんです。

── INDEX──────────────────────────────
★01:「ころころブンブン」
☆02:ペンシルロケット実機の鑑定結果を日本天文学会で発表
───────────────────────────────────

★01:「ころころブンブン」

 Spring has come、新入を迎える季節となりました。

淵野辺駅着の電車は野望にあふれた学生や社会人で満杯、まるで日本の惑星探査機の様相を呈することでしょう。2月に一足先に新入となった子供向けのアニメ、3歳になる娘と一緒に見る機会がありました。そのエンディング(注)で、

「〜何万光年先は遠い未来じゃない、もちろん時間の単位じゃないのも承知、
 キラメくのぞみは光だって越える〜」

とあり、幼児に時間と単位の概念を教えるために親は日々精進すべきと感じました。


 さて、時間の単位でなければ何か、ご存じのとおり距離(長さ)の単位ですが、これに関連してか話中には空間を瞬間移動するための鏡や男が登場します。

光や電波であれば何万光年先も地球近傍から観測できますが、科学的に意味のある物を採って触ってその反応を観察したり、サンプルを持って帰ったりするには、日進月歩とはいえ瞬間移動は遠い未来の技術ですので、ロケットで打ち上げ、惑星間軌道を遷移し、着陸し、表面を移動しなくてはなりません。

宇宙開発において「距離を縮める」つまり「行きたいところへ行く」とか「活動範囲を拡大する」ためにどのような手段が用いられているのか、特に惑星表面での移動に注目してみたいと思います。


 ロケット、着陸機は燃焼ガスや中性化されたイオンを噴射して、ある地点まで近づき、停止します。その位置決め精度は、月着陸を例にすると、有人で170m、無人で3km程度であり、「行きたいところに行く」ことが、ある程度の誤差を持って実現されています。

この距離を縮めるために、着陸後、ローバ(ロボット)や車などのビークルを使用して数十cmまで距離を縮め、マニピュレータで数cm、さらに専用の位置決め装置でmm単位まで詰めることができます。

ローバやビークルには、地上の自動車と同じような車輪で移動するもの、飛び跳ねるもの、スキー板をパタパタするもの、ワイヤを引っ張るもの、ロボットアームで運搬されるもの、様々あります。いずれも惑星との作用反作用の法則を利用して移動していることに変わりありません。


 こういった惑星表面の移動は何が難しいのでしょうか?

旧ソビエトや米国の探査ロボットは、いずれも車輪が砂の中に埋もれて移動に支障をきたしました。

原発内での作業に大きな貢献をしている千葉工大の「Quince」、こちらはクローラ型のロボットで、階段でも瓦礫の上でも難なく移動することができます。同じようなクローラ型の移動体と言えば、「戦車」が思い浮かびます。

そんな鉄の塊でさえ砂の上で移動できます。これは、接地している面積が大きいため砂への圧力が小さい、つまり砂に埋もれず砂を大きく崩さないで駆動力を得られるため移動できると考えられています。未知な環境である惑星表面をこのクローラで走ったらどうなるでしょうか? 簡単に想定を覆してくれることでしょう。


 次に、日本の火星探査計画の一端として、空を飛ぶ飛行機を移動のために用いることが考えられています。
火星の空を飛んで世界初!
ついでに軟着陸もして日本初!
ということも期待でき、夢のある話です。

まだ、飛行機による軟着陸までしか計画されていませんが、いずれは再離陸して様々な観測地点を渡り飛ぶことも期待できます。

さて、月のような大気のない惑星でも空を飛ぶことができます。

月の空と宇宙の境目はどこにあるのですかと言われると回答に困窮してしまいますが、本当に月の空で放物線を描いて飛ぶ装置が研究開発されています。

投てき装置です。
古代より狩猟や兵器として利用されることが多かった投てき装置、当初は回転運動を利用した投てき装置が使用されていましたが、弾性体や火薬を利用する直動の装置が主流となっています。


 回転型は直動に比べて何が優れているのか?

まず、電気以外消耗品がありません。次に、話すと長いので省略しますが、アクチュエータを一つ少なくできます。さらに、投てき精度が高い、モータを使うと構造がシンプルになる等のメリットがあります。

一方で、カウンターウェイトが重い、回転アームが長い、偏心による振動の発生等、デメリットもあります。

観点を変えて注目すべきは、人間のハンマー投げの世界記録は砲丸投げの世界記録より4倍程度も到達距離が長いことです。いずれも重さ7.260kgのものを投てきしています。非常に効率化された形態でこの差が生じるのだから、より高度な投てきをしようとするのであれば回転投てきしかないだろう、安易ではありますが、それがモチベーションとなり、回転型の投てき装置が惑星探査に使用されることが提案されています。

地上検証が行われ、このような回転投てき装置で2%程度の誤差で任意の位置へ到達できることが確認されています。100m投げれば2m以下の精度でピンポイントに到着できるということですが、被投てき物のリリースタイミングの最適化や回転速度制御の改良で誤差を低減して、数cmオーダの精度が実現できればさらに用途が広がります。


 まとめると、

車輪で移動するローバは遠距離・多地点で作業の実施が可能だが、非常に長い移動時間を要し、耐故障性が低いことや環境との相互作用を考慮しなくてはなりません。

また、着陸機に取り付けられたマニピュレータは短時間で作業可能だが最大到達距離が3m程度と短いです。

さらに、飛行機は短時間で長距離を行くことができますが、地表に近づくことは難しく、着陸点も限られ、何より地球の高高度で飛べることを技術的に実証しないと話は始まりません。

そして、回転投てき装置は、到達距離がある程度長く、短時間で観測器を遠くに運ぶことができますが、数cmオーダの精度を実現することが課題となっています。

現状の技術レベルを鑑みた適材適所、ミッション期間や移動距離、移動場所で効果的な移動方法を選択することが肝要と考えられます。そのために様々な形態、特徴を持った移動装置を開発し、それぞれの性能向上を図ることがサイエンスプローブとしてのロボットの研究課題であり、過去に例を見ないミッションを世界に先んじて実現するための道筋を作ることにもつながることでしょう。


 先日、相模原市はロボット特区に指定されました。ロボット特区は研究開発から実用化までの工程に必要な実証実験にも着目した点が特徴で、規制緩和などにより、関連産業の集積を進めることができるようになるそうです。

宇宙研がある相模原エリアは災害対応型の実証地域にあたるため、災害地域、自然地形、極限環境等の移動試験のできる場所が用意されれば、様々なユーザが誘引され、惑星探査との連携も大いに期待できるでしょう。また、我々も宇宙探査ミッションだけでなく、地上での移動検証を通じて要素技術を洗練し、災害対策や遠隔監視等に貢献できるようになると考えられます。

新しきに臨む月の頃に


注:
「この空の向こう」(ドキドキ!プリキュア エンディング・テーマ)
作詞:利根川貴之、作曲:Dr.Usui、歌唱:吉田仁美


(大槻真嗣、おおつき・まさつぐ)

‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
※※※ ☆02以降の項目は省略します(発行当時のトピックス等のため) ※※※