研究開発

人工衛星の姿勢制御装置に使われる話を聞いた人

野木高

ホイール用軸受のシミュレーションの成果と課題

構造・機構グループ
主任研究員

3

間庭和聡

Vol.

構造・機構グループ
開発員

研究開発本部は、人工衛星の姿勢制御装置などに使われる軸受（ベアリング）の動きをシミュレーションするプログラムを開発しました。軸受の性能向上に活かされています。

2014 Summer
特集

運動方程式からシミュレーションを構築

ホイール用軸受の外観写真

シミュレーション技術の課題も作成したシミュレーションモデルで、寸法

油潤滑玉軸受の動きを安定化させるためや油量といったパラメータをいろいろ変えに、構造・機構グループはコンピュータ・シて、RIが起きやすい軸受とRIが起きにくいミュレーションで動きを予測する手法を開軸受を予測しました。その予測をもとに設計発しました。
「毎分数千回で回転している軸した保持器の安定性を実際に試験で確認し受の内部を実験で観察することが難しいたたところ、わざとRIが起きやすいように設計め、シミュレーションも利用することにしまし

した軸受ではやはりRIが起き、逆に最適の衛星に使われる油潤滑玉軸受のリテーナインスタビリティを抑えたいた」と、同グループの間庭和聡開発員は経設計ではRIが抑えられる結果となりました。

緯を説明します。

シミュレーションが実際の結果と合致する

シミュレーションの開発では、軸受のパー「軸受」（ ベアリング）という、回転軸を支ツのうち接触や摩擦に関わる玉、内輪、外油潤滑玉軸受のRIの問題を解決するシ輪、それに保持器について運動方程式を立ミュレーション・プログラムは、実際のリアク械に使われていますが、人工衛星にも多くてて、それを解くことを基本方針としまし

ションホイール用軸受の設計に活用されて使用されています。人工衛星の姿勢を制御た。同グループの野木高主任研究員は、「常います。
これら装置の安定動作や耐久性のするリアクションホイールや、角速度を検出識的に考えると油が多いほうが潤滑がうま向上が期待されます。

するジャイロスコープには、「 油潤滑玉軸くいくはずです。でも、実験してみたところ、「シミュレーションによって、軸受の潤滑寿受」が使われています。

逆に油が多すぎるとRIが起こりやすくなる命や発生する小さな振動を正確に予測する人工衛星では、こうした軸受が微小重力という結果になりました」と振り返ります。そには至っていないので、そのあたりは今後環境で1分間に数千回転という速度で作動こで、「油の量」についてもシミュレーションの課題です」（ 間庭開発員）。今後の研究にする使われ方をします。使える電力も限られのための摩擦モデルに加味しました。

より、さらにシミュレーション技術が軸受のまた、摩擦モデルの検証として、摩擦に関められます。
また、他の機器に悪影響をあた係する部分に絞った試験を行い、実際の摩える振動も極力抑えなければなりません。

擦測定結果が計算とよく合うことを確認しま

油潤滑玉軸受の摩擦や振動を抑える上でした。
さらに、シミュレーション時間を減らす

重要になるのが、複数の玉それぞれを等間ため、摩擦係数の計算だけを様々な条件で隔に保持させておく「保持器（リテーナ）」の行い、その結果をまとめて、同じような結果動きを安定させることです。回転中、保持器が得られる単純な式を構築していきました。

電力確保の厳しい月面探査などに向けたヒートスイッチの研究開発
人工衛星の姿勢制御装置に使われるホイール用軸受のシミュレーションの成果と課題ことが確かめられたわけです。

える部品があります。
自動車など数多くの機ているため、摩擦を極力減らした回転が求で新たな高みへ
研究 「はやぶさ2」
開発 遠い宇宙から弱い信号を受信し宇宙機を追跡する技術

Cover Topics

イノベーションを創出できる
研究開発本部への変革
樋口 清司

性能向上に寄与する余地はありそうです。

研究開発本部 本部長
重力（a）
最適条件

（b）
最悪条件

保持器中心の軌跡のシミュレーション結果

がすきま内で激しく運動する現象は「リテーナインスタビリティ（RI）」とよばれ、問題と保持器

受 の 焼き付悪、人工衛星自体が使 い玉

外輪

内輪

流体潤滑領域
固体接触領域

くなる場合も【お知らせ】

油膜厚さ数μｍ

保持器

ものにならなあります。

2014年4月、JAXA副理事長と筑波宇宙センター所長を併

摩擦力

きが起き、最表面粗さ数μｍ

荷重なってきました。RIが原因で、摩擦熱から軸玉軸受の構造

SDS-4外部利活用プロジェクト

玉／内輪混合潤滑モデルの接触部模式図

真空軸受回転試験装置

JAXA純正小型衛星「SDS-4」を使って 新しいこと 始めてみませんか？ こちらのHPに利活用事例を掲載しています。
お問い合わせもHPからどうぞ！ http://www.ard.jaxa.jp/research/jissyou/sds4/sds4-utilization.html

研究開発本部 広報誌
宇宙開発最前線！
2014年7月発行

発行：JAXA（宇宙航空研究開発機構）研究開発本部
発行責任者：JAXA研究開発本部 研究推進部長 今井良一
〒305-8505 茨城県つくば市千現2-1-1
TEL:029-868-5000 FAX:029-868-5969
ホームページ : http://www.ard.jaxa.jp/

開発本部であると認識しています。

任する形で、研究開発本部長に就任しました。振り返るとJAXA

イノベーションとはどこから起きるのでしょう。
自分の知を深は2003年の発足から10年間、失敗しない組織 を目指してきめることも大切かもしれません。
しかし、より大切なのは、自分のました。
ロケット打ち上げ成功の実績を重ねるなどして、ある程知を他人の知と触れさせることではないでしょうか。JAXA内部度は目標を達成したと認識しています。

では、研究者同士の人的交流を活性化させる談話会や異なる分

しかし、民間企業がロケットや衛星関連のビジネスを進める現野の研究者がアイデアを出し合って進める萌芽研究の推奨など

在、これまでどおりのことをしていてはJAXAの存在意義がなくの取り組みを始めています。対外的にも、つくば研究学園都市をなります。来年から開始予定の「研究開発法人」の制度のもと、はじめとする外部の研究機関や大学の研究者の方々に、お互いJAXAには、国家が必要とする技術を開発し、かつ、その技術力に利点を得られるような連携をどんどん提案して参りたいと考で産業界や学術界を牽引することが求められようとしていまえています。

す。
このためJAXAは与えられた課題を失敗せずに取り組む組

研究開発本部の全メンバーの仕事の結果に対する責任者と織から、自ら課題を設けてイノベーションを起こす組織に変わらしての覚悟をもちながら、日本の航空宇宙の技術を牽引する役なければなりません。その変革の中核を担う部門が、私ども研究割を果たしたいと思います。
どうかよろしくお願いします。

研究で新たな高みへ
開発 「はやぶさ2」

遠い宇宙から弱い信号を受信し宇宙機を追跡する技術
はやぶさ２送り、戻ってくる電波の時間や方向などを度計を使って小惑星との距離を測り、小惑もとに探査機の位置を把握します。地球の星の重力を推定するというミッションがあ自転の関係上、臼田のアンテナから探査ります。
「 はやぶさ2」の飛行する軌道が精確に求められれば、小惑星の重力もより詳「深宇宙」
を飛行し、惑星や小惑星を目指すのディープスペースネットワーク（DSN）しく推定することができるのです。

ことを目的とする深宇宙探査機がありまと呼ばれる世界各地の深宇宙通信用アン「また、イオンエンジンを噴射させながす。2014年度に打ち上げられる計画のテナを利用することもあります。

らの軌道予測も試みる方向です」（ 廣瀬主「はやぶさ2」も、深宇宙の小惑星「1999「はやぶさ2」と地上との電波信号の往任開発員）。前回の「はやぶさ」の運用ではJU3」からのサンプルリターンのミッション復には最大30分もかかります。通信を保軌道を把握するために、推進力のイオンを担っています。地球の周りの軌道を脱しつには探査機がこの先どのような軌道をエンジンをオフにしていました。
「はやぶさて深宇宙を飛行する探査機を運用しつづ進むか、あらかじめ予測しておくことが大2」では、臼田宇宙空間観測所の大型アンけるには、とりわけ探査機との通信リンク切になります。それまでの軌道データをもテナにより通信状態が安定して保たれるを安定的に確保することが欠かせません。とに、探査機がこれから通ると予想されることが確実になれば、イオンエンジンを噴そこで、探査機の進路である「軌道」
を精度

軌 道 の 方 向 にアン テナを向 け て おきま

射させたままの軌道把握を定常化できるよく追跡する技術が求められています。

す。その軌道を通った探査機からの電波見通しです。

「深宇宙探査機がどんなに優れた観測信号を受信できれば、位置が確認された「地上からの電波だけでなく、探査機自機器を搭載しても、地上と通信が途絶えことになります。
これを繰り返すことで、探体の温度情報なども軌道決定に利用する

れ ば 宇 宙 で 迷 子 になってしまい 、ミッ

査機の軌道を追跡していくのです。

といった研究もしています」（ 同）。例えば、ションの意味がなくなります。通信という探査機が宇宙空間に熱を放射する際も、「はやぶさ2」で精度向上に挑戦
小惑星の重力推定なども「はやぶさ2」や先代「はやぶさ」と地球「はやぶさ」から「はやぶさ2」の間では、の距離は最大で約3億kmにもなります。

軌道追跡技術の進歩

これは地球の周りを飛行する低軌道衛星に 挑 戦しま す 。同 グの数十万倍の距離。遠く離れた深宇宙探ループの廣瀬史子主

査機とを結ぶ電波信号はとても微弱にな任 開 発 員は 、「『 はやるため、高感度のアンテナで送受信するぶさ2』のデータを利必要があります。

用し、軌 道 決 定 精 度その役割を果たしているのが、JAXAを『はやぶさ』の頃よ

臼田宇宙空間りも1桁、上げる技術観測所（長野県を獲得したい」と説明

佐 久 市 ）にあるします。

臼田宇宙空間観測所

世界最大級の

精 度 の 向 上 によ直径64m反射り、「 はやぶさ2」が目鏡 をもつ 大 型指す小惑星そのもの

パラボラアンの 正 体 もより詳しくテナです。大型

解 明され るかもしれア ン テ ナ からません。
「 はやぶさ2」

深宇宙探査機が小惑星に近づいたに電 波 信 号をとき、搭載のレーダ高と考えています。

査機が惑星の大気を利用して惑星周回軌ミッションを成功させるだけでなく選択肢を広める技術ににも応用される可能性があります。

複数のアンテナで電波を受信し、電波が機が見えない時間帯もあるため、NASAの嘉生幸代開発員はそう話します。

近を目指している探査機「あかつき」で実いても、ΔDOR（デルタドア）と呼ばれる、JAXAの宇宙機には、月よりさらに遠い私たちの仕事です」。軌道・航法グループ測の技術を高めています。将来的には、探る研究に活用されます。
「 はやぶさ2」にお作画 池下章裕

生命線 をつなぐ技術を進歩させるのがデータを使って予測精度を向上させたい道を得る「エアロキャプチャ」などの技術際にデータを蓄積し、予測精度を改善す

深宇宙探査機の運用では、微弱な電波信号をキャッチして通信を保つことが欠かせません。
それを実現するのが、軌道を追跡し予測する技術です。
2014年度より計画されている「はやぶさ2」のミッションではこの技術の進化に挑戦します。

世界最大級のアンテナで通信という 生命線 を保つとしています。この方法は、金星への再接

探 査 機 の 軌 道 に 微 妙な影 響を及 ぼします。そこで、その熱放射エネルギーにより探査機にどのくらいの加速度が発生したか把握することを軌道推定に役立てよう

はやぶさ2
探査機情報
（姿勢、表面特性、温度等）
RARR

光学カメラ情報
レーザー測距

ΔDOR

地上局①

クエーサ

小惑星（1999JU3）

地上局②

はやぶさ２で目指す高精度軌道決定技術話を聞いた人

廣瀬史子
軌道・航法グループ
主任開発員

軌 道・航 法グループは、深 宇 宙 探 査のレンジングなミッションの選択肢を拡大さ求める方法や、衛星搭載のカメラが撮像ミッションごとに、得られたデータやノウハせることにも、軌道追跡や軌道予測の技した画像データなど、様々な種類の観測ウを積み重ねていき、軌道追跡や軌道予術が役立てられていきそうです。

電力確保の厳しい月面探査などに向けた話を聞いた人

篠崎慶亮
熱グループ 開発員

ヒートスイッチの研究開発

安藤麻紀子

宇宙環境では宇宙機の熱制御が重要です。電力が限られる条件でも熱設計を成立できる、月面ローバや人工衛星向けの「ヒートスイッチ」の開発が進んでいます。

外観写真

熱グループ 開発員

ヒータプレート

過酷な熱変化の環境をスイッチで乗り切るさを考えて、機械式というシンプルな方式を選択しました」と、同グループの篠崎慶亮開

ヒートスイッチ

発員は話します。
機械式とは、熱伝導のオン・宇宙機では、太陽など外部から来る熱やオフを、機械的に接触・非接触で切り換える宇宙機内部で発生する熱を効率良く宇宙へ方式です。
機械式の中でも、蝋燭の原料パラ排出し、各機器を求められる温度に保つ熱制フィンが熱膨張することで、接触・非接触が御が必要です。
しかし、宇宙環境は地球より切り換わる原理を採用しました。

総じて過酷です。特に、大気がほぼ存在しな開発目標は高さ5cm以内、1W/Kというい月面では、赤道付近で昼の温度が110℃、高熱伝導度、オンとオフでの熱伝導度の比夜の温度が−170℃にもなります。
JAXAをが100以上といったものです。

インターフェイス治具

ベースプレート

試験装置

含め世界各国の宇宙機関が月面探査のため月面ローバを開発していますが、ローバが受ける熱の影響を効率よく制御する技術の開発が重要課題になっています。
研究開発本部の熱グループは、月面ロー試作を積み重ねてすべての目標を達成

バや人工衛星などでの活用を想定した「ヒーから試作を重ねて目標達成を目指してきました。2009年の第1段階では、パラフィン

ヒートスイッチとは、高い熱伝導または低いの 機 構 部を 設 け な い 部 分 試 作 でした 。

熱伝導をつくり出すことのできる 熱のス

2010年の第2段階では機構部を含めたイッチ です。熱の制御にはヒータを使う方

試 作 品で 、手の平サイズを実 現しました

法もありますが、電力確保の厳しい月面などが、オン・オフでの熱伝導比が30未満でス

では、より少ない電力で熱設計を成立しうるイッチの効果は十分ではありませんでしヒートスイッチの活用が期待されています。

た。そこで、スイッチの熱伝導度を高める

また、ヒートスイッチは宇宙機の熱設計の柔ため、同グループの安藤麻紀子開発員が軟性・自在性を高めると考えられるため、地アルミと銅の熱接触部に金のコーティング

球周回衛星への搭載も期待されます。

を5μmの厚さで施し、それにより熱接触部設計の実現性を確認するために製作したいた機械式、欧ブレッドボードモデル（BBM）の段階で全州の人工衛星目標を達成するに至りました。

ギャップ

低温側

熱接触部

無酸素銅

高温側

機構部 支持材

概略図

証段階へと移っていく予定です。

月面ローバのイメージ

熱伝導度を2倍以上高めました。2013年、す。例えば、形状記憶合金やパラフィンを用
熱の流れ

今後、ヒートスイッチを搭載した人工衛星
あるいは月面ローバなどの宇宙機での実熱グループは、2009年の研究開発着手

トスイッチ」の開発に取り組んできました。

嘉生幸代
軌道・航法グループ
開発員

功させるためだけでなく、より自由にチャ到着するわずかな時間差から衛星位置をヒートスイッチには方式がいくつかありま

地球定められた深 宇 宙 探 査ミッションを成「Planck」に搭

ヒートスイッチなどの研究開発では、三菱

載 され た ガ ス電機の実現性・信頼性の高いモノづくりのギャップ式があ技術を取り入れた着実な開発を進めながります。
「私たちら、筑波大学と連携して学術的価値の高いは、実現性の高要素を抽出し性能向上を目指してきました。

ヒートスイッチの開発に携わったスタッフ
左より、岡本篤主任開発員、安藤麻紀子開発員、篠崎慶亮開発員、杉田寛之 熱グループ長

研究で新たな高みへ
開発 「はやぶさ2」

遠い宇宙から弱い信号を受信し宇宙機を追跡する技術
はやぶさ２送り、戻ってくる電波の時間や方向などを度計を使って小惑星との距離を測り、小惑もとに探査機の位置を把握します。地球の星の重力を推定するというミッションがあ自転の関係上、臼田のアンテナから探査ります。
「 はやぶさ2」の飛行する軌道が精確に求められれば、小惑星の重力もより詳「深宇宙」を飛行し、惑星や小惑星を目指すのディープスペースネットワーク（DSN）しく推定することができるのです。

ことを目的とする深宇宙探査機がありまと呼ばれる世界各地の深宇宙通信用アン「また、イオンエンジンを噴射させながす。2014年度に打ち上げられる計画のテナを利用することもあります。

らの軌道予測も試みる方向です」（ 廣瀬主「はやぶさ2」も、深宇宙の小惑星「1999「はやぶさ2」と地上との電波信号の往任開発員）。前回の「はやぶさ」の運用ではJU3」からのサンプルリターンのミッション復には最大30分もかかります。通信を保軌道を把握するために、推進力のイオンを担っています。地球の周りの軌道を脱しつには探査機がこの先どのような軌道をエンジンをオフにしていました。
「はやぶさて深宇宙を飛行する探査機を運用しつづ進むか、あらかじめ予測しておくことが大2」では、臼田宇宙空間観測所の大型アンけるには、とりわけ探査機との通信リンク切になります。それまでの軌道データをもテナにより通信状態が安定して保たれるを安定的に確保することが欠かせません。とに、探査機がこれから通ると予想されることが確実になれば、イオンエンジンを噴そこで、探査機の進路である「軌道」を精度

軌 道 の 方 向 にアン テナを向 け て おきま射させたままの軌道把握を定常化できるよく追跡する技術が求められています。

す。その軌道を通った探査機からの電波見通しです。

「深宇宙探査機がどんなに優れた観測信号を受信できれば、位置が確認された「地上からの電波だけでなく、探査機自機器を搭載しても、地上と通信が途絶えことになります。
これを繰り返すことで、探体の温度情報なども軌道決定に利用する

れ ば 宇 宙 で 迷 子 になってしまい 、ミッ

査機の軌道を追跡していくのです。

といった研究もしています」（ 同）。例えば、ションの意味がなくなります。通信という探査機が宇宙空間に熱を放射する際も、「はやぶさ2」で精度向上に挑戦
小惑星の重力推定なども「はやぶさ2」や先代「はやぶさ」と地球「はやぶさ」から「はやぶさ2」の間では、の距離は最大で約3億kmにもなります。

軌道追跡技術の進歩

これは地球の周りを飛行する低軌道衛星に 挑 戦しま す 。同 グの数十万倍の距離。遠く離れた深宇宙探ループの廣瀬史子主

査機とを結ぶ電波信号はとても微弱にな

任 開 発 員は 、「『 はやるため、高感度のアンテナで送受信するぶさ2』のデータを利必要があります。

用し、軌 道 決 定 精 度その役割を果たしているのが、JAXAを『はやぶさ』の頃よ

臼田宇宙空間りも1桁、上げる技術観測所（長野県を獲得したい」と説明

佐 久 市 ）にあるします。

臼田宇宙空間観測所

世界最大級の精 度 の 向 上 によ直径64m反射り、「 はやぶさ2」が目鏡 をもつ 大 型指す小惑星そのもの

パラボラアンの 正 体 もより詳しくテナです。大型

解 明され るかもしれア ン テ ナ からません。
「 はやぶさ2」

深宇宙探査機が小惑星に近づいたに電 波 信 号をとき、搭載のレーダ高と考えています。

査機が惑星の大気を利用して惑星周回軌ミッションを成功させるだけでなく選択肢を広める技術ににも応用される可能性があります。

複数のアンテナで電波を受信し、電波が機が見えない時間帯もあるため、NASAの嘉生幸代開発員はそう話します。

近を目指している探査機「あかつき」で実いても、ΔDOR（デルタドア）と呼ばれる、JAXAの宇宙機には、月よりさらに遠い私たちの仕事です」。軌道・航法グループ

測の技術を高めています。将来的には、探る研究に活用されます。
「 はやぶさ2」にお作画 池下章裕

生命線 をつなぐ技術を進歩させるのがデータを使って予測精度を向上させたい道を得る「エアロキャプチャ」などの技術際にデータを蓄積し、予測精度を改善す

深宇宙探査機の運用では、微弱な電波信号をキャッチして通信を保つことが欠かせません。
それを実現するのが、軌道を追跡し予測する技術です。
2014年度より計画されている「はやぶさ2」のミッションではこの技術の進化に挑戦します。

世界最大級のアンテナで通信という 生命線 を保つとしています。この方法は、金星への再接

探 査 機 の 軌 道 に 微 妙な影 響を及 ぼしま
す。そこで、その熱放射エネルギーにより探査機にどのくらいの加速度が発生したか把握することを軌道推定に役立てよう

はやぶさ2
探査機情報
（姿勢、表面特性、温度等）
RARR

光学カメラ情報
レーザー測距

ΔDOR

地上局①

クエーサ

小惑星（1999JU3）

地上局②

はやぶさ２で目指す高精度軌道決定技術話を聞いた人

廣瀬史子
軌道・航法グループ
主任開発員

軌 道・航 法グループは、深 宇 宙 探 査のレンジングなミッションの選択肢を拡大さ求める方法や、衛星搭載のカメラが撮像ミッションごとに、得られたデータやノウハせることにも、軌道追跡や軌道予測の技した画像データなど、様々な種類の観測ウを積み重ねていき、軌道追跡や軌道予術が役立てられていきそうです。

電力確保の厳しい月面探査などに向けた話を聞いた人

篠崎慶亮
熱グループ 開発員

ヒートスイッチの研究開発

安藤麻紀子

宇宙環境では宇宙機の熱制御が重要です。電力が限られる条件でも熱設計を成立できる、月面ローバや人工衛星向けの「ヒートスイッチ」の開発が進んでいます。

外観写真

熱グループ 開発員

ヒータプレート

過酷な熱変化の環境をスイッチで乗り切るさを考えて、機械式というシンプルな方式を選択しました」と、同グループの篠崎慶亮開

ヒートスイッチ

発員は話します。
機械式とは、熱伝導のオン・宇宙機では、太陽など外部から来る熱やオフを、機械的に接触・非接触で切り換える宇宙機内部で発生する熱を効率良く宇宙へ方式です。
機械式の中でも、蝋燭の原料パラ排出し、各機器を求められる温度に保つ熱制フィンが熱膨張することで、接触・非接触が御が必要です。
しかし、宇宙環境は地球より切り換わる原理を採用しました。

総じて過酷です。特に、大気がほぼ存在しな開発目標は高さ5cm以内、1W/Kというい月面では、赤道付近で昼の温度が110℃、高熱伝導度、オンとオフでの熱伝導度の比夜の温度が−170℃にもなります。
JAXAをが100以上といったものです。

インターフェイス治具

ベースプレート

試験装置

含め世界各国の宇宙機関が月面探査のため月面ローバを開発していますが、ローバが受ける熱の影響を効率よく制御する技術の開発が重要課題になっています。
研究開発本部の熱グループは、月面ロー試作を積み重ねてすべての目標を達成

バや人工衛星などでの活用を想定した「ヒーから試作を重ねて目標達成を目指してきました。2009年の第1段階では、パラフィン

ヒートスイッチとは、高い熱伝導または低いの 機 構 部を 設 け な い 部 分 試 作 でした 。

熱伝導をつくり出すことのできる 熱のス

2010年の第2段階では機構部を含めたイッチ です。熱の制御にはヒータを使う方

試 作 品で 、手の平サイズを実 現しました

法もありますが、電力確保の厳しい月面などが、オン・オフでの熱伝導比が30未満でス

では、より少ない電力で熱設計を成立しうるイッチの効果は十分ではありませんでしヒートスイッチの活用が期待されています。

た。そこで、スイッチの熱伝導度を高める

また、ヒートスイッチは宇宙機の熱設計の柔ため、同グループの安藤麻紀子開発員が軟性・自在性を高めると考えられるため、地アルミと銅の熱接触部に金のコーティング球周回衛星への搭載も期待されます。

を5μmの厚さで施し、それにより熱接触部設計の実現性を確認するために製作したいた機械式、欧ブレッドボードモデル（BBM）の段階で全州の人工衛星目標を達成するに至りました。

ギャップ

低温側

熱接触部

無酸素銅

高温側

機構部 支持材

概略図

証段階へと移っていく予定です。

月面ローバのイメージ

熱伝導度を2倍以上高めました。2013年、す。例えば、形状記憶合金やパラフィンを用
熱の流れ

今後、ヒートスイッチを搭載した人工衛星
あるいは月面ローバなどの宇宙機での実熱グループは、2009年の研究開発着手

トスイッチ」の開発に取り組んできました。

嘉生幸代
軌道・航法グループ
開発員

功させるためだけでなく、より自由にチャ到着するわずかな時間差から衛星位置をヒートスイッチには方式がいくつかありま

地球定められた深 宇 宙 探 査ミッションを成「Planck」に搭

ヒートスイッチなどの研究開発では、三菱

載 され た ガ ス電機の実現性・信頼性の高いモノづくりのギャップ式があ技術を取り入れた着実な開発を進めながります。
「私たちら、筑波大学と連携して学術的価値の高いは、実現性の高要素を抽出し性能向上を目指してきました。

ヒートスイッチの開発に携わったスタッフ
左より、岡本篤主任開発員、安藤麻紀子開発員、篠崎慶亮開発員、杉田寛之 熱グループ長

研究開発

人工衛星の姿勢制御装置に使われる話を聞いた人

野木高

ホイール用軸受のシミュレーションの成果と課題

構造・機構グループ
主任研究員

3

間庭和聡

Vol.

構造・機構グループ
開発員

研究開発本部は、人工衛星の姿勢制御装置などに使われる軸受（ベアリング）の動きをシミュレーションするプログラムを開発しました。軸受の性能向上に活かされています。

2014 Summer
特集

運動方程式からシミュレーションを構築

ホイール用軸受の外観写真

シミュレーション技術の課題も作成したシミュレーションモデルで、寸法

油潤滑玉軸受の動きを安定化させるためや油量といったパラメータをいろいろ変えに、構造・機構グループはコンピュータ・シて、RIが起きやすい軸受とRIが起きにくいミュレーションで動きを予測する手法を開軸受を予測しました。その予測をもとに設計発しました。
「毎分数千回で回転している軸した保持器の安定性を実際に試験で確認し受の内部を実験で観察することが難しいた

たところ、わざとRIが起きやすいように設計め、シミュレーションも利用することにしまし

した軸受ではやはりRIが起き、逆に最適の衛星に使われる油潤滑玉軸受のリテーナインスタビリティを抑えたいた」と、同グループの間庭和聡開発員は経設計ではRIが抑えられる結果となりました。

緯を説明します。

シミュレーションが実際の結果と合致する

シミュレーションの開発では、軸受のパー「軸受」（ ベアリング）という、回転軸を支ツのうち接触や摩擦に関わる玉、内輪、外油潤滑玉軸受のRIの問題を解決するシ輪、それに保持器について運動方程式を立ミュレーション・プログラムは、実際のリアク械に使われていますが、人工衛星にも多くてて、それを解くことを基本方針としまし

ションホイール用軸受の設計に活用されて使用されています。人工衛星の姿勢を制御た。同グループの野木高主任研究員は、「常います。
これら装置の安定動作や耐久性のするリアクションホイールや、角速度を検出識的に考えると油が多いほうが潤滑がうま向上が期待されます。

するジャイロスコープには、「 油潤滑玉軸くいくはずです。でも、実験してみたところ、「シミュレーションによって、軸受の潤滑寿受」が使われています。

逆に油が多すぎるとRIが起こりやすくなる命や発生する小さな振動を正確に予測する人工衛星では、こうした軸受が微小重力という結果になりました」と振り返ります。そには至っていないので、そのあたりは今後環境で1分間に数千回転という速度で作動こで、「油の量」についてもシミュレーションの課題です」（ 間庭開発員）。今後の研究にする使われ方をします。使える電力も限られのための摩擦モデルに加味しました。

より、さらにシミュレーション技術が軸受のまた、摩擦モデルの検証として、摩擦に関められます。
また、他の機器に悪影響をあた係する部分に絞った試験を行い、実際の摩える振動も極力抑えなければなりません。

擦測定結果が計算とよく合うことを確認しま

油潤滑玉軸受の摩擦や振動を抑える上でした。
さらに、シミュレーション時間を減らす重要になるのが、複数の玉それぞれを等間ため、摩擦係数の計算だけを様々な条件で隔に保持させておく「保持器（リテーナ）」の行い、その結果をまとめて、同じような結果動きを安定させることです。回転中、保持器が得られる単純な式を構築していきました。

電力確保の厳しい月面探査などに向けたヒートスイッチの研究開発
人工衛星の姿勢制御装置に使われるホイール用軸受のシミュレーションの成果と課題ことが確かめられたわけです。

える部品があります。
自動車など数多くの機ているため、摩擦を極力減らした回転が求で新たな高みへ
研究 「はやぶさ2」
開発 遠い宇宙から弱い信号を受信し宇宙機を追跡する技術

Cover Topics

イノベーションを創出できる研究開発本部への変革
樋口 清司

性能向上に寄与する余地はありそうです。

研究開発本部 本部長
重力（a）
最適条件

（b）
最悪条件

保持器中心の軌跡のシミュレーション結果

がすきま内で激しく運動する現象は「リテーナインスタビリティ（RI）」とよばれ、問題と保持器

受 の 焼き付悪、人工衛星自体が使 い

玉

外輪

内輪

流体潤滑領域
固体接触領域

くなる場合も【お知らせ】

油膜厚さ数μｍ

保持器

ものにならなあります。

2014年4月、JAXA副理事長と筑波宇宙センター所長を併

摩擦力

きが起き、最表面粗さ数μｍ

荷重なってきました。RIが原因で、摩擦熱から軸玉軸受の構造

SDS-4外部利活用プロジェクト

玉／内輪混合潤滑モデルの接触部模式図

真空軸受回転試験装置

JAXA純正小型衛星「SDS-4」を使って 新しいこと 始めてみませんか？ こちらのHPに利活用事例を掲載しています。
お問い合わせもHPからどうぞ！ http://www.ard.jaxa.jp/research/jissyou/sds4/sds4-utilization.html

研究開発本部 広報誌
宇宙開発最前線！
2014年7月発行

発行：JAXA（宇宙航空研究開発機構）研究開発本部
発行責任者：JAXA研究開発本部 研究推進部長 今井良一
〒305-8505 茨城県つくば市千現2-1-1
TEL:029-868-5000 FAX:029-868-5969
ホームページ : http://www.ard.jaxa.jp/

開発本部であると認識しています。

任する形で、研究開発本部長に就任しました。振り返るとJAXAイノベーションとはどこから起きるのでしょう。
自分の知を深は2003年の発足から10年間、失敗しない組織 を目指してきめることも大切かもしれません。
しかし、より大切なのは、自分のました。
ロケット打ち上げ成功の実績を重ねるなどして、ある程知を他人の知と触れさせることではないでしょうか。JAXA内部

度は目標を達成したと認識しています。

では、研究者同士の人的交流を活性化させる談話会や異なる分

しかし、民間企業がロケットや衛星関連のビジネスを進める現野の研究者がアイデアを出し合って進める萌芽研究の推奨など

在、これまでどおりのことをしていてはJAXAの存在意義がなくの取り組みを始めています。対外的にも、つくば研究学園都市をなります。来年から開始予定の「研究開発法人」の制度のもと、はじめとする外部の研究機関や大学の研究者の方々に、お互いJAXAには、国家が必要とする技術を開発し、かつ、その技術力に利点を得られるような連携をどんどん提案して参りたいと考で産業界や学術界を牽引することが求められようとしていまえています。

す。
このためJAXAは与えられた課題を失敗せずに取り組む組研究開発本部の全メンバーの仕事の結果に対する責任者と織から、自ら課題を設けてイノベーションを起こす組織に変わらしての覚悟をもちながら、日本の航空宇宙の技術を牽引する役なければなりません。その変革の中核を担う部門が、私ども研究割を果たしたいと思います。
どうかよろしくお願いします。