世界初の火星飛行探査実現に向けた基盤研究と高高度飛行試験

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24246136
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 永井 大樹 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70360724)
• 研究分担者: 大山 聖 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (10373440) ; 得竹 浩 金沢大学, 機械工学系, 准教授 (80295716) ; 竹内 伸介 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (20353419) ; 豊田 裕之 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (00415895) ; 大槻 真嗣 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (50348827) ; 野々村 拓 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (60547967) ; 安養寺 正之 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 助教 (70611680) ; 米本 浩一 九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80404101)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: Mars airplane / 低レイノルズ数 / 剥離泡 / 高高度試験

研究実績の概要

本年度は、火星大気中を飛行しながら探査を行う火星飛行機の2020年代前半の実現を目指して，火星飛行機実現の鍵を握る基盤技術の研究開発（空力，推進，制御，構造，電源，熱など）の実施と、高高度飛行試験にかかる準備を行った。
基盤技術に関しては、昨年度に行った低レイノルズ数でにおける高性能翼の風洞試験の実施と、更なる向上に関する翼型の探索を実施した。加えて、プロペラ後流が主翼に及ぼす影響に関して、アスペクト比を変えた翼型に対しての性能調査を行った。その結果、プロペラの主翼に対する位置を変化することで、主翼に対する影響が大きく変化し、特に翼端に設置した場合には翼端渦とプロペラ後流との干渉により、性能向上の可能性も示唆された。また火星用の太陽電池の検討、推進用モータの軽量化、機体構造の軽量化に対しても一定の目処が得られた。姿勢制御用センサに関しては、試作機を製作し、その性能検証とゾンデを用いた実証試験を実施し、その性能が確認された。
以上を纏めると、火星飛行機を実現させるための個別の基盤技術に関しては、一定の目処が立ったといえる。
高高度飛行試験に関しては、個々の技術を組み合わせて得られる空力性能と飛行制御能力が、大気球を用いた試験において飛行安全を完全には担保できないという理由から延期された。本件に関しては、空力性能の改善（具体的には舵面の可動範囲確保）、飛行制御則の改良などを行い、実施を行うものとする。これらはすでに目処が立っており、実施は可能であるといえる。ただし、複合領域システムとして考えた際の空力性能に関しては、低レイノルズ数と行った特殊な環境下での剥離泡の挙動が関係しており、今後、研究を発展させる必要があり、新規の課題として提案したい。
これまでに得られた成果に関しては、積極的に学術論文、国内・国外論文として外部に発信していくこととする。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Comparison of Numerical Methods Evaluating Airfoil Aerodynamic Characteristics at Low Reynolds Number (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Lee., T. Nonomura, A. Oyama, K.Fujii
  • 雑誌名: Journal of Aircraft 巻: 52 ページ: 296, 306
  • DOI: 10.2514/1.C032721
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 火星探査飛行機用プロペラ開発のための翼型に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 米澤宏一、後藤雄大、砂田茂、林田高志、諏訪哲也、酒井宣明、永井大樹、浅井圭介、辻本良信
  • 雑誌名: 日本航空宇宙学会論文集 巻: 62 ページ: 24, 30
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Experimental and Numerical Investigations of Three-Dimensional Flows around Propellers in Low-Reynolds Number Flows (2014)
  • 著者名/発表者名: Yonezawa, K., Goto, Y., Hayashida, T., Sunada, S., Anyoji, M. and Tsujimoto, Y.
  • 雑誌名: Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan 巻: 12 ページ: Pk_65-Pk_70
  • DOI: 10.2322/testj.12.Pk_65
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-objective Optimization of Airfoil for Mars Exploration Aircraft Using Genetic Algorithm (2014)
  • 著者名/発表者名: G. Sasaki, T. Tatsukawa, T. Nonomura, K. Yonemoto, A. Oyama and T. Matsumoto
  • 雑誌名: Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan 巻: 12 ページ: Pk_59-Pk_64
  • DOI: 10.2322/testj.12.Pk_59
  • 査読あり
• [雑誌論文] Planetary Atmosphere Wind Tunnel Tests on Aerodynamic Characteristics of a Mars Airplane Scale Model (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Anyoji, M. Okamoto, H. Hidaka, T. Nonomura, A. Oyama, K. Fuji
  • 雑誌名: Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan 巻: 12 ページ: Pk_7-Pk_12
  • DOI: 10.2322/testj.12.Pk_7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic Behaviour of Mars Airplane with Folded-Wing Deployment (2014)
  • 著者名/発表者名: Fujita, K., Motoda, T. and Nagai, H.
  • 雑誌名: Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan 巻: 12 ページ: Pk_1-Pk_6
  • DOI: 10.2322/testj.12.Pk_1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Propeller Slipstream Interference with Wing Aerodynamic Characteristics of Mars Airplane at Low Reynolds Number (2014)
  • 著者名/発表者名: Makino, F., Nagai, H. and Asai, K.
  • 雑誌名: Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan 巻: 12 ページ: Tk_13-Tk_18
  • DOI: 10.2322/testj.12.Tk_13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computational Analysis of Aerodynamic Performance of Mars Airplane (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Fujioka, T. Nonomura, A. Oyama, M. Yamamoto, K. Fujii
  • 雑誌名: Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan 巻: 12 ページ: Tk_1-Tk_5
  • DOI: 10.2322/testj.12.Tk_1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of Owl-like Airfoil Aerodynamics at Low Reynolds Number Flow (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Kondo, H. Aono, T. Nonomura, M. Anyoji, A. Oyama, T. Liu, K. Fujii, M. Yamamoto
  • 雑誌名: Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan 巻: 12 ページ: Tk_35-Tk_40
  • DOI: 10.2322/testj.12.Tk_35
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control Surface Effectiveness of Low Reynolds Number Flight Vehicles (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Anyoji, M. Okamoto, H. Hidaka, K. Kondo, A. Oyama, H. Nagai, K. Fujii
  • 雑誌名: Journal of Fluid Science and Technology 巻: 9 ページ: 14-00176
  • DOI: 10.1299/jfst.2014jfst0072
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computational and Experimental Analysis of a High-Performance Airfoil Under Low-Reynolds-Number Flow Condition (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Anyoji, T. Nonomura, H. Aono, A. Oyama, K. Fujii, H. Nagai, K. Asai
  • 雑誌名: Journal of Aircraft 巻: 51 ページ: 1864, 1872
  • DOI: 10.2514/1.C032553
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Mach Number and Specific Heat Ratio on Low-Reynolds-Number Airfoil Flows (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Anyoji, D. Numata, H. Nagai, and K. Asai
  • 雑誌名: AIAA Journal 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.2514/1.J053468
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pressure-Sensitive Paint Technique for Surface Pressure Measurement in a Low Density Wind Tunnel (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Anyoji, D. Numata, H. Nagai, and K. Asai
  • 雑誌名: Journal of Visualization 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1007/s12650-014-0239-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] A Parametric Study of Mars Airplane Concept for Science Mission on Mars (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Fujita, H. Nagai, A. Oyama
  • 学会等名: The 30th International Symposium on Space Technology and Science
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 2015-06-04 – 2015-06-10
• [学会発表] Development of Mars Exploration Aerial Vehicle in Japan (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Nagai, A. Oyama
  • 学会等名: The 30th International Symposium on Space Technology and Science
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 2015-06-04 – 2015-06-10
• [学会発表] Variable-Pressure Wind Tunnel Test of Airfoils at Low Reynolds Number Designed for Mars Exploration Aircraft (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Makizono, K. Yonemoto, etc
  • 学会等名: The 30th International Symposium on Space Technology and Science
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 2015-06-04 – 2015-06-10
• [学会発表] Reynolds Number Dependence of Airfoil Shape and Aerodynamic Characteristics at Low Reynolds Number (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Lee, T. Nonomura, A. Oyama, K. Fujii
  • 学会等名: The 30th International Symposium on Space Technology and Science
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 2015-06-04 – 2015-06-10
• [学会発表] Aerodynamic Characteristics of Airfoils with Different Aspect Ratio behind Propeller Slipstream in Low Reynolds Number Condition (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Watanabe, S. Hattori, H. Nagai
  • 学会等名: The 30th International Symposium on Space Technology and Science
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 2015-06-04 – 2015-06-10
• [学会発表] Multiobjective Design Exploration of Airfoil Section Shape of a Propeller at Low-Reynolds and High-Mach Numbers Conditions Towards the Mars Airplane (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Morisawa, T. Nonomura, S. Obayashi, A. Oyama, K. Fujii
  • 学会等名: The 30th International Symposium on Space Technology and Science
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 2015-06-04 – 2015-06-10
• [学会発表] Flight Test of Small Unmanned Air Vehicle Propelled by Microwave Power Transmission in Anechoic Chamber (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Matsumoto, K. Yonemoto, et. al.
  • 学会等名: The 30th International Symposium on Space Technology and Science
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 2015-06-04 – 2015-06-10
• [学会発表] 宇宙用ステンレス箔ラミネートフィルム電槽リチウムイオン電池の開発その2 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小出和也, 大登裕樹, 豊田裕之, 大平賢治, 阿部英俊,
  • 学会等名: 第34回宇宙エネルギーシンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所，相模原
  • 年月日: 2015-03-06 – 2015-03-06
• [学会発表] 火星飛行探査の検討の現状と将来計画 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大山聖
  • 学会等名: 火星科学研究会
  • 発表場所: 惑星科学研究センター, 神戸
  • 年月日: 2015-01-16 – 2015-01-17
• [学会発表] 火星気象衛星と火星飛行機によるダスト輸送メカニズムの解明ミッション (2015)
  • 著者名/発表者名: 小郷原一智，大山聖，永井大樹，得竹浩
  • 学会等名: 第15回宇宙科学シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所，相模原
  • 年月日: 2015-01-06 – 2015-01-07
• [学会発表] 突風に強固な火星飛行機の翼の空力設計に向けた垂直突風に対する翼型の応答解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 安藤善紀，野々村拓，大山聖，藤井孝藏，大林茂,
  • 学会等名: 宇宙航行の力学シンポジウム 2014
  • 発表場所: 宇宙科学研究所，相模原
  • 年月日: 2014-12-18 – 2014-12-19
• [学会発表] 小型飛行機を用いた火星上空での風観測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平栗弘貴，得竹浩
  • 学会等名: 日本惑星科学会2013年秋期講演会
  • 発表場所: 石垣市民会館，沖縄
  • 年月日: 2014-11-20 – 2014-11-22
• [学会発表] 火星探査航空機用超軽量翼構造の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 竹内伸介，野坂 拓矢，佐々木 岳，岩田 稔，松本 剛明，米本 浩一
  • 学会等名: 第58回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 長崎ブリックホール，長崎
  • 年月日: 2014-11-12 – 2014-11-14
• [学会発表] DESTINY応用：火星気象衛星と火星航空機によるダスト輸送メカニズムの解明ミッション (2014)
  • 著者名/発表者名: 小郷原一智，大山 聖，永井 大樹，得竹 浩
  • 学会等名: 第58回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 長崎ブリックホール，長崎
  • 年月日: 2014-11-12 – 2014-11-14
• [学会発表] 火星気象での飛行制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平栗弘貴, 得竹浩
  • 学会等名: 第58回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 長崎ブリックホール，長崎
  • 年月日: 2014-11-12 – 2014-11-14
• [学会発表] 火星探査を実現する軽量な太陽電池およびバッテリの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 豊田裕之, 高橋優, 嶋田貴信, 大山聖, 鷲尾英俊, 小出和也, 大登裕樹
  • 学会等名: 第58回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 長崎ブリックホール，長崎
  • 年月日: 2014-11-12 – 2014-11-14
• [学会発表] 火星探査飛行機用推進装置の研究・開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 米澤宏一、砂田茂、大槻真嗣、安養寺正之、永井大樹、浅井圭介、岡本正人
  • 学会等名: 第58回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 長崎ブリックホール，長崎
  • 年月日: 2014-11-12 – 2014-11-14
• [学会発表] 低レイノルズ数領域の翼型空力性能評価のための数値計算法の比較 (2014)
  • 著者名/発表者名: 李東輝，野々村拓，大山聖，藤井孝藏
  • 学会等名: 第58回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 長崎ブリックホール，長崎
  • 年月日: 2014-11-12 – 2014-11-14
• [学会発表] 火星探査航空機WGにおける空力研究のこれまでの成果と現状 (2014)
  • 著者名/発表者名: 永井大樹，安養寺正之，野々村拓，近藤勝俊，大山聖， 岡本正人，佐々木岳，松本剛明，米本浩一，金崎雅博， 砂田茂，米澤宏一，小池勝，藤田昂志， 浅井圭介，藤井孝藏
  • 学会等名: 第58回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 長崎ブリックホール，長崎
  • 年月日: 2014-11-12 – 2014-11-14
• [学会発表] 火星着陸探査技術実証機への搭載を目指した火星飛行機の概念設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤田昂志，永井大樹，大山聖
  • 学会等名: 第58回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 長崎ブリックホール，長崎
  • 年月日: 2014-11-12 – 2014-11-14
• [学会発表] 火星探査飛行機の制御と気象観測ミッション (2014)
  • 著者名/発表者名: 得竹浩，平栗弘貴
  • 学会等名: 第57回 自動制御連合講演会
  • 発表場所: ホテル天坊，伊香保
  • 年月日: 2014-11-10 – 2014-11-12
• [学会発表] 火星探査飛行機の高高度飛行試験の進捗報告 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大山聖
  • 学会等名: 平成26年度大気球シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所，相模原
  • 年月日: 2014-11-06 – 2014-11-07
• [学会発表] Aerodynamic Performance of Optimized Airfoil for Mars Airplane using Multi-objective Generic Algorithm, (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Yamahara, H. Nagai, T. Sato, M. Kanazaki
  • 学会等名: The eleventh International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: 仙台国際センター，仙台
  • 年月日: 2014-10-08 – 2014-10-10
• [学会発表] Effect of blade wake by means of interference with propeller slipstream on low Reynolds number condition (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Hattori, K. Watanabe, H. Nagai
  • 学会等名: The eleventh International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: 仙台国際センター，仙台
  • 年月日: 2014-10-08 – 2014-10-10
• [学会発表] Experimental Study of Effects of Mini Flaps at Low Reynolds Number (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Oshiyama, D. Numata and K. Asai
  • 学会等名: The eleventh International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: 仙台国際センター，仙台
  • 年月日: 2014-10-08 – 2014-10-10
• [学会発表] Visualization of Very Low Reynolds Number Flow around Two-dimensional Airfoils in Highly Viscous Fluid Using Hydrogen Bubble Method (2014)
  • 著者名/発表者名: I. Tamai, H. Saito, G. Sasaki, T. Matsumoto and K. Yonemoto
  • 学会等名: 10th European Fluid Mechanics Conference
  • 発表場所: Copenhagen, Denmark
  • 年月日: 2014-09-14 – 2014-09-18
• [学会発表] Wing Characteristics in Ultra-low Reynolds number flow Using High Viscosity Fluid Tank (2014)
  • 著者名/発表者名: G. Sasaki, I. Tamai, H. Saito, T. Matsumoto and K. Yonemoto
  • 学会等名: 10th European Fluid Mechanics Conference
  • 発表場所: Copenhagen, Denmark
  • 年月日: 2014-09-14 – 2014-09-18
• [学会発表] Modeling of Dust Devil on Mars and Flight Simulation of Mars Airplane (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Hiraguri and H. Tokutake
  • 学会等名: The 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-12
• [学会発表] 極低レイノルズ数における2次元翼周りの可視化と翼特性の相関 (2014)
  • 著者名/発表者名: 牧園享弥，玉井至，佐々木岳，松本剛明，米本浩一
  • 学会等名: 第46回流体力学講演会／航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2014
  • 発表場所: 弘前文化センター，弘前
  • 年月日: 2014-07-03 – 2014-07-04
• [学会発表] 火星探査航空機の全機空力特性に関する風洞実験および数値解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 安養寺正之, 野々村拓，大山聖， 藤井孝藏，永井大樹
  • 学会等名: 第46回流体力学講演会／航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2014
  • 発表場所: 弘前文化センター，弘前
  • 年月日: 2014-07-03 – 2014-07-04
• [学会発表] 低レイノルズ数における垂直突風に対する翼型の応答解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 安藤善紀 , 野々村拓, 大山聖, 藤井孝藏, 大林茂
  • 学会等名: 第46回流体力学講演会／航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2014
  • 発表場所: 弘前文化センター，弘前
  • 年月日: 2014-07-03 – 2014-07-04
• [学会発表] 低Ｒｅ数域における翼型の空力特性に及ぼすマッハ数効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 森澤征一郎, 野々村拓, 大山聖, 藤井孝藏, 大林茂
  • 学会等名: 第46回流体力学講演会／航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2014
  • 発表場所: 弘前文化センター，弘前
  • 年月日: 2014-07-03 – 2014-07-04
• [学会発表] プロペラ後流が主翼に及ぼす影響 －表面流れ場の観測 － (2014)
  • 著者名/発表者名: 永井大樹, 牧野文康
  • 学会等名: 第46回流体力学講演会／航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2014
  • 発表場所: 弘前文化センター，弘前
  • 年月日: 2014-07-03 – 2014-07-04
• [学会発表] 火星探査航空機実現のための空力課題とその現状 (2014)
  • 著者名/発表者名: 永井大樹
  • 学会等名: 第46回流体力学講演会／航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2014
  • 発表場所: 弘前文化センター，弘前
  • 年月日: 2014-07-03 – 2014-07-04
• [学会発表] 低レイノルズ数におけるミニフラップの空力効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 押山大佑、沼田大樹、浅井圭介
  • 学会等名: 第46回流体力学講演会／航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2014
  • 発表場所: 弘前文化センター，弘前
  • 年月日: 2014-07-03 – 2014-07-04
• [学会発表] 低レイノルズ数条件下におけるプロペラ翼の平面形の最適化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 阿部健人、松本将吾、米澤宏一、安養寺正之、砂田茂
  • 学会等名: 第46回流体力学講演会／航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2014
  • 発表場所: 弘前文化センター，弘前
  • 年月日: 2014-07-03 – 2014-07-04
• [学会発表] Development of Stainless Steel Laminate Li-ion Pouch Cells for Space Application (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Ooto, Kazuya Koide, Kenji Ohira, Masahiro Yamamoto, Hidetoshi Abe, Hiroyuki Toyota, Takanobu Shimada, Yu Takahashi, Kazuyuki Hirose
  • 学会等名: 10th European Space Power Conference
  • 発表場所: Noordwijkerhout, Netherlands
  • 年月日: 2014-04-13 – 2014-04-17
• [学会発表] Trial Production and Evaluation of Solar Cells Optimized for Solar Spectrum in Mars Atmosphere (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Toyota, Takanobu Shimada, Yu Takahashi, Akira Oyama, Hidetoshi Washio
  • 学会等名: 10th European Space Power Conference
  • 発表場所: Noordwijkerhout, Netherlands
  • 年月日: 2014-04-13 – 2014-04-17
• [学会発表] 低レイノルズ数におけるロータ特性に対するアスペクト比の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大河内雅喜、沼田大樹、浅井圭介
  • 学会等名: 日本航空宇宙学会 第45期年会講演会
  • 発表場所: 東京大学 山上会館，東京
  • 年月日: 2014-04-10 – 2014-04-11