2019 Fiscal Year Annual Research Report
Demonstrative research on highly functional and cost reduced solid rocket by applying innovative technologies.
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19H00805
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
森田 泰弘 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (80230134)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐伯 孝尚 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (10415903)
三浦 政司 鳥取大学, 工学研究科, 助教 (80623537)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 宇宙輸送システム / 固体燃料ロケット / 推進薬 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
先行する科研費研究で試作レベルを確立した固体ロケットの革新技術（低融点推進薬とワイヤレス点火システム）に対して，物理特性の向上や軽量化などを通して技術水準の一層の向上を図り，大型の実用ロケットへの実装を可能とすることで，ロケットシステムとしてその有効性を示すことを重点においた．特に技術革新の範囲を拡大し回収技術などを含めて提案していたが，採択時の審査委員からのコメントを尊重し，本研究計画の目的であるロケットのトータルシステムとして低コスト化技術を確立する上で主たる課題である低融点推進薬とワイヤレス点火器の開発に研究リソースを集中した．
○低融点推進薬
先行する研究により，製造性（溶融性と流動性）及び燃焼特性（燃焼速度）については要素研究の段階を終了したが，機械的物性（引張強度等）で現行推進薬に比べて改良の余地があることが示されていた過去の研究成果を踏まえ，低融点推進薬の機械的物性をさらに向上させるために試作試験等を繰り返し行い，改良型低融点樹脂の候補の絞り込みを行った結果，現時点で最適と思われる組成を洗い出すことができた．一方，最終目標であるLTP-135（直径135㎜/高度50km級）の先行実証機LTP-135SUB（直径60㎜/高度10km級）の仕様を固め，そのためのモータの大型化開発を進めた．特に，セグメント方式による大型化など主たる設計仕様を固め，関連して推進薬の機械特性試験を実施した上で，地上燃種試験を行ない良好な結果を得た．
○ワイヤレススマート点火システム
既に先行する研究でモデルロケットによる飛行実験実証した民生の汎用技術を活用した交通系ICカード程度のワイヤレス点火システムの機能をチップ化して小型軽量化を図るなどロケット実装レベルでの検討を行い，多段式ロケットの段間分離や上段ロケットの点火など応用範囲の拡大を進めるための検討を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画に基づき予定通りの進捗を得た。具体的には、100℃以下で溶けるゴム状の低融点樹脂に酸化剤を混ぜ固化させる革新型推進薬（LTP）の特性改善と高度50km級小型ロケット開発を確実に進めた。先行する科研費研究では、北海道大樹町で行った超小型ロケットの打ち上げを通して、推進薬の少量連続生産と作り置きが可能となることや即応性（推進薬の製造開始から即日打ち上げが可能）を実証し、固体ロケットの製造プロセスおよび打ち上げ運用の劇的な改革の可能性を示した。この実績を受けて、2019年度はロケットの大型化に向けた研究を開始した。まず先行する科研費研究で開発した小型の製造装置を置換する目的で、新規に振動式攪拌混和装置（最大10kg/5min用の大型装置）を開発導入した。加えて打ち上げ実験に必要となる製造工室と3級火薬庫の認可手続きに向けた関係府省庁との調整作業を開始した。さらに製造した推進薬ブロックをセグメント方式で結合することで大型化したモータの燃焼実験を実施し、ロケットの大型化に向けた研究の貴重な第一歩を記した。また並行して、イプシロン級の大型ロケットへの応用を視野に入れて樹脂の改良による推進薬の物性改善を進めた。ワイヤレス点火システムにおいてはチップの軽量化に加え、段間分離や上段ロケットの点火への応用検討では今後の計画に有益な知見を得ることができており、研究全体を通して、着実に前進していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記実績を踏まえ今後は、低融点固体燃料の物性向上や点火器の軽量化など技術水準の一層の向上を図り大型の実用ロケットへの実装に見通しをつける。具体的には最終目標である高度50km級ロケット（LTP-135）の設計を進めるとともに、その先行実証機としてマッハ２までの抗力係数を実測する目的でサブサイズのロケットLTP-135SUB（全長1.2m、外形70mm、薬量4.5kg程度）の設計仕様を固める。そのために並行して点火器の小型化とロケットモータの一層の大型化を図り地上燃焼試験によりその有効性を実証する。現在までに製造性（溶融性と流動性）および燃焼特性（燃焼速度）について優れた性能を発揮する樹脂を試作、地上燃焼試験（薬量330g級）と超小型ロケットによる飛行試験（高度1000m級）の成功をもって要素研究の段階を終了しているが、機械的物性（引張強度等）については現行推進薬に比べて改良の余地があることが示されている。これらを踏まえ、イプシロン級の大型ロケットにも適用することを視野に入れ低融点推進薬の機械的物性をさらに向上させるために試作試験等を繰り返し、改良型低融点樹脂の候補の洗い出しと絞り込みを行う。
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