高高度気球を用いた微小重力実験装置の開発

2006 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 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 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 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 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 宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部・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、平成17年度の1号機の設計、製作、試験につづき、平成l8年5月には三陸大気球実験場から1号機を飛翔させ、無重力落下機体システムの動作確認試験を行った。システムは高度42kmまでの飛翔中全て正常に動作し、熱設計、通信回線設計等の確認が行えた。気球ゴンドラからの分離後、約7秒間の微小重力環境が実現でき、この間に、流体物理実験(異なる表面張力をもつ2液相間での気泡の挙動の観察)を行うことができた。実験装置の動作、機体側とのインターフェイス、実験画像伝送、画像記録など全て正常に行われた。落下開始20秒後にはパラシュートを開傘し、機体は海上に緩降下、浮遊し、これを回収船とヘリコプターにより回収した。回収された機体の損傷はほとんどなく、構造設計、水密設計の妥当性が確認された。
つづいて、2号機の設計、製作を行い、平成18年9月に三陸大気球実験場から飛翔させる予定であったが、放球直前に気球が損傷したため、今期の飛翔は断念し、平成19年5月に実験を行う予定である。2号機は実際に30秒以上の微小重力環境を実現させるため、超音速落下となる。このため、計算流体力学と風洞試験を併用して翼の設計を行い、尾翼を装備した。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行った。2号機では燃焼物理の微小重力実験を行うため、燃焼チャンバーの設計、製作を行い、飛翔前のインターフェイス試験は正常に行われている。気球は破損したため再製作したが、機体は損傷無かったので、平成19年度実験にそのまま使用する。
3号機(平成20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)を行っている。

研究成果

• [雑誌論文] Experimental Study on Aerodynamic Characteristics of Telescopic Aerospikes with Multiple Disks (2007)
  • 著者名/発表者名: H.Kobayashi
  • 雑誌名: JOURNAL OF SPACECRAFT AND ROCKETS Vol.44, No.1 ページ: 33-41
• [雑誌論文] 冷却円柱周りの水蒸気の凝縮を含む流れの物質伝達(第2報)-表面温度120~250Kにおけるミストの付着を伴う物質伝達- (2006)
  • 著者名/発表者名: 吹場活佳
  • 雑誌名: 日本航空宇宙学会誌論文集 54 ページ: 257-265
• [雑誌論文] ISAS Balloon-Drop Microgravity Experiment System (2006)
  • 著者名/発表者名: D.AKITA
  • 雑誌名: 8th International Workshop on Short-Term Experiment under Strongly REduced Gravity Conditions
• [雑誌論文] 高高度気球からの微小重力実験用自由落下カプセルの第一回飛行試験 (2006)
  • 著者名/発表者名: 稲富裕光
  • 雑誌名: 日本マイクログラビティ応用学会誌 Vol.23, No.4 ページ: 197-203
• [雑誌論文] MICRO-GRAVITY TEST SYSTEM USING FREE-FALL CAPSULE FROM HIGH ALTITUDE BALLOON (2006)
  • 著者名/発表者名: T.HASHIMOTO
  • 雑誌名: Selected papers of 25th International Symposium on Spacecraft Technology and Science
• [産業財産権] スパイク飛しょう体の空力特性制御方法およびスパイク飛しょう体 (2006)
  • 発明者名: 小林, 吹場, 本郷
  • 権利者名: 宇宙航空研究開発機構
  • 産業財産権番号: 特願2006-169679
  • 出願年月日: 2006-06-20
• [産業財産権] 飛翔体の流体抵抗を利用した減速方法とその機能を備えた高速移動体 (2006)
  • 発明者名: 吹場, 小林, 本郷, 佐藤
  • 権利者名: 宇宙航空研究開発機構
  • 産業財産権番号: 特願2006-295190
  • 出願年月日: 2006-10-31