高高度気球を用いた微小重力実験装置の開発

2007 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, 教授 (70228419)
• 研究分担者: 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, 准教授 (30270440) ; 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, 准教授 (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, 准教授 (50249934) ; 石川 毅彦 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部, 准教授 (00371138) ; 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, 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、平成18年度の1号機の飛翔と2号機の設計、製作、飛翔準備に引き続き、平成19年5月には2号機を飛翔させ、4号機の製作、試験および飛翔準備を行った。2号機は高度41.4kmまでの飛翔中全て正常に動作し、気球ゴンドラからの分離後、約30秒間の微小重力環境が実現でき、この間に、燃焼実験(線香花火の燃焼挙動の観察)を行うことができた。落下開始35秒後には超音速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。これにより、気球落下式微小重力実験システムの成立性が確認できた。回収された機体の損傷はほとんどなく、ほぼそのまま4号機の機体へと使用された。つづいて、4号機の設計、製作を行い、平成19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、風向きが飛翔に適さず、今期の飛翔は断念し、平成20年度以降に実験を行う予定である。4号機は、実用的な微小重力実験システムの実現を目指し、微小重力実験ユーザは当研究グループ外の研究者とし、東京大学理学部の重力波アンテナの動作試験と東京理科大学の流体の濡れ性観察の2種類について実験装置の開発を行った。実験装置の完成度の観点から、重力波アンテナを搭載し、4号機の飛翔実験に臨んだが、前期のように飛翔させることができなかった。なお重力波アンテナ実験装置は、その後航空機実験に供する機会があり、数秒ではあるが微小重力状態での動作を確認することができた。平成20年度は、実験場の北海道大樹町への移転があり、5月はユーザの実験を実施しないことから、9月期に4号機の実験を実施予定である。これにより、当初平成20年度に実施予定だった3号機の実験が実施できないため、予算の平成21年度への一部繰り越しを希望する。3号機では、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] 高高度気球を利用した微小重力実験(第2回飛行試験) (2008)
  • 著者名/発表者名: 石川毅彦
  • 雑誌名: 日本マイクログラビティ応用学会誌 Vo1.25,No.1 ページ: 3-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] ISAS Balloon-Drop Microgravity Experiment System (2007)
  • 著者名/発表者名: Daisuke AKITA
  • 雑誌名: Journal of The Japan Society of Microgravity Application Vol.24,No.3 ページ: 301-306
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental Study on Aerodynamic Characteristics of Telescopic Aeros pikes with Multiple Disks (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Kobayashi
  • 雑誌名: JOURNAL OF SPACECRAFT AND ROCKETS Vol.44,No.1 ページ: 33-41
  • 査読あり
• [学会発表] 高々度気球を用いた微小重力実験システムの飛翔結果 (2008)
  • 著者名/発表者名: 橋本樹明
  • 学会等名: 第8回JAXA宇宙科学シンポジウム
  • 発表場所: 相模原
  • 年月日: 20080100
• [学会発表] 高々度気球を用いた微小重力実験システムの開発〜飛翔結果と今後の展開〜 (2007)
  • 著者名/発表者名: 橋本樹明
  • 学会等名: JAXA大気球シンポジウム
  • 発表場所: 相模原
  • 年月日: 20071200
• [学会発表] 気球を利用した極超音速飛翔体の技術実証構想 (2007)
  • 著者名/発表者名: 澤井秀次郎
  • 学会等名: JAXA大気球シンポジウム
  • 発表場所: 相模原
  • 年月日: 20071200
• [学会発表] 高高度気球を利用した空気吸込式エンジン試験機体の空力特性の研究 (2007)
  • 著者名/発表者名: 内山卓
  • 学会等名: JAXA宇宙航行の力学シンポジウム
  • 発表場所: 相模原
  • 年月日: 20071200
• [学会発表] 高々度気球を用いた無重力実験システム2号機のフライト結果 (2007)
  • 著者名/発表者名: 橋本樹明
  • 学会等名: 第51回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 20071000
• [学会発表] 気球から自由落下する飛翔体における超音速飛行と引き起こし制御の検討 (2007)
  • 著者名/発表者名: 門岡昇平
  • 学会等名: 第51回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 20071000
• [学会発表] Development of control system for micro gravity experimental system fromhigh altitude balloon (2007)
  • 著者名/発表者名: Nobutaka Bando
  • 学会等名: The 58th International Astronautical Congress
  • 発表場所: India Hyderabad International Convention Center
  • 年月日: 20070900
• [学会発表] 気球無重力実験機の姿勢制御用スラスタ分配則 (2007)
  • 著者名/発表者名: 澤井秀次郎
  • 学会等名: 日本機械学会年次大会
  • 発表場所: 吹田
  • 年月日: 20070900
• [学会発表] Development of micro gravity experimental system from high altitude balloon and experimental report of spacecraft #2 (2007)
  • 著者名/発表者名: Nobutaka Bando
  • 学会等名: The 17th Workshop on JAXA Astrodynamics and Flight Mechanics
  • 発表場所: 相模原
  • 年月日: 20070700
• [備考]
  • URL: http://www.isas.jaxa.jp/home/sawai/research/BOV/bov.html
• [備考]
  • URL: http://www.isas.jaxa.jp/j/enterp/ball/recent_japan/index.shtml#r08