高高度気球を用いた微小重力実験装置の開発

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16GS0220
• 研究機関: 独立行政法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 橋本 樹明 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部・宇宙探査工学研究系, 教授 (70228419)
• 研究分担者: 斎藤 芳隆 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部・大気球観測センター, 助教授 (50300702) ; 稲富 裕光 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部・宇宙環境利用科学研究系, 助教授 (50249934) ; 澤井 秀次郎 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部・宇宙航行システム研究系, 助教授 (30270440) ; 坂井 真一郎 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部・宇宙探査工学研究系, 助教授 (10342619) ; 小林 弘明 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 総合技術研究本部・エンジン試験技術開発センター, 研究員 (50353420)
• キーワード: 微小重力 / 科学観測用気球 / ドラッグフリー / 流体工学 / 制御工学 / エアーブリージングエンジン

研究概要

本研究では、高高度気球からドラッグフリー技術を使用した微小重力環境部を落下させ、ここで各種微小重力実験を行うことを目的としたシステムを開発している。
平成16年度の基礎設計に基づき、平成17年度は、9月に40km高度からの落下試験を行うべく、微小重力部を載せた機体(1号機)の詳細設計、製作、地上にての動作確認試験、各種環境試験を行った。1号機では、微小重力実験の試験ケースとして流体物理実験を計画し、実験装置の製作、機体側とのインターフェイス試験などを行った。三陸気球実験場にて飛翔準備まで終了したが、風向きが実験に適さなかったため、飛翔は平成18年5月に延期された。以後、1号機の信頼性、運用性などの向上を行うために、いくつかの改良、試験を行い、次回の飛翔に向けて準備をしている。
並行して、長秒時微小重力実験を行う2号機(平成18年8月飛翔予定)の設計、製作を始めた。2号機は超音速落下となるため、計算流体力学と風洞試験を併用して翼の設計を行い、翼を可動するための制御則の研究などを行っている。また超音速からの減速手段として、超音速パラシュートの研究を研究協力者と連携しながら始めた。2号機では燃焼物理の微小重力実験を計画しており、平成17年度は燃焼チャンバーおよび計測制御装置の設計・製作と、航空機を用いた短時間無重力環境でその予備実験を行った。
3号機(平成19年度飛翔予定)では、さらに長秒時の微小重力環境を実現するため、空気取り込み式推進装置(エアーブリージングエンジン)を取り付け、大きな空気抵抗にうち勝つように下向きに加速を行う。エンジンの開発は別途行われているが、当該研究グループと密接に連携しながら、3号機の機体設計(特に空力設計)を開始した。

研究成果

• [雑誌論文] 高高度気球を用いた極超音速エンジン小型実験機に対する軌道最適化と概念検討 (2006)
  • 著者名/発表者名: 土屋武司
  • 雑誌名: 日本航空宇宙学会論文集 (掲載決定)
• [雑誌論文] proecooled turbojet engine flight experiment using balloon-based operation vehicle (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Fujita
  • 雑誌名: Acta Astronautica (in press)
• [雑誌論文] Development study of Mach 6 Turbojet Engine with Air-Precooling (2005)
  • 著者名/発表者名: Sato, T
  • 雑誌名: Journal of the British Interplanetary Society Vol.58,No.7/8 ページ: 231-240
• [雑誌論文] Experimental Study on Restart Control of a Supersonic Air-Breathing Engine (2004)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Kojima
  • 雑誌名: Journal of Propulsion and Power, AIAA Vol.20,No.2 ページ: 273-279