第2回⽉⾯建設技術シンポジウム
Session 1 構想・計画
⽉⾯における展開構造物の要件定義および無⼈設営検討の技術開発
⼤林組、宇宙航空研究開発機構、室蘭⼯業⼤学、サカセ・アドテック
2024年3⽉22⽇

⽬次
1. 検討背景
2. 開発⽬的
3. 実現可能性のある展開構造物の選出
4. ⾮与圧型構造の検討
5. 与圧型構造の検討
6. まとめCONFIDENTIAL ©2024 Obayashi Corporation2

１. 検討背景

CONFIDENTIAL ©2024 Obayashi Corporation

3

CONFIDENTIAL ©2024 Obayashi Corporation

4２. 開発⽬的
⽉⾯開発の初期段階は，⼈数や資材が限定的になる。
資材輸送量の削減と建設作業の無⼈化（⾃動建設）との親和性を⽬指し、各探査フェーズにおける需要をもとに、要求性能や設置⽅法を明確にしつつ、最も効果的な対象構造を選択して⾃動展開・無⼈設営の研究を実施している。
現在の開発事例として⾃動展開型の多⽬的タワー（発電，通信等）ならびに与圧空間向けの展開構造を紹介する。
CONFIDENTIAL ©2024 Obayashi Corporation

想定地域：⽉南極付近
5３. 実現可能性のある展開構造物の選出
開発対象の展開性型構造物を具体的に選出【対象】⽉⾯開発初期の施設として必要なもの↓【材料/構造】⽉⾯環境条件/性能要求に応じた材料と構造【機能】⾃動展開・無⼈設営に適した展開機能【対象】は以下の2タイプを選出した◆ ⾮与圧型構造
発電、通信等の多⽬的に使⽤するタワー状の展開構造物◆ 与圧型構造
⽉⾯開発初期に少⼈数が滞在する展開型居住モジュール
CONFIDENTIAL ©2024 Obayashi Corporation

発電、通信部等

タワー構造体与圧区画

6

４. ⾮与圧型構造の検討
4.1. 構造タイプの選択
⽉⾯は低重⼒とはいえ常に重⼒加速度が作⽤している。⽀持荷重に対する⼗分な強度と⾼い展開性の観点から多⾓的な評価を⾏い、炭素繊維強化プラスチック製双安定性伸展ブームをタワー構造に採⽤することとした。
この⽅式は柱となる構造体を巻き取ることができるため極めてコンパクトに収納できる。
また、⽐較的細いブームで構造強度を確保するためこのブームを3体、三⾓柱状に配置する⽅式とした。
多⽬的タワーの中でも重要な機能となる太陽光発電部はSAP（Solar Array Panels）をタワー上部に設置する。
本報告ではSAP部は固定型であるが、現在この部分は太陽光追尾型に改良する検討を進めている。
炭素繊維強化プラスチック製
双安定性伸展ブーム
CONFIDENTIAL ©2024 Obayashi Corporation7

4.2. 太陽光発電に必要なタワー⾼さの検討
タワーの設置に際しては⽉南極域で⽇照時間が⻑くとれる⾼標⾼地点として以下の2点でタワー⾼さが⽇照条件に与える影響を検討した。
① ⽇本の国際宇宙探査シナリオ（案）2021年度版に⽰された⽉⾯基地内の⾼標⾼地点② 既往論⽂（右図）のC1エリア内の⾼標⾼地点

地球⽅向

候補地①

SC2
C1
候補地②

⽇本の国際宇宙探査シナリオ(案) 2021 公開版 EZA-2021001、
宇宙航空研究開発機構 国際宇宙探査センター
CONFIDENTIAL ©2024 Obayashi Corporation

P. Gläser et al., Illumination conditions at the lunar poles: Implications
for future exploration, Planetary and Space Science Volume 162, 1
November 2018, Pages 170-1788⾚：太陽が全て隠れる範囲
⻩：太陽が1/2隠れる範囲
緑：太陽が少しでも隠れる範囲

4.2. 必要なタワー⾼さの検討
JAXA殿のかぐや観測データより⽉南極域（南緯90°〜85°）の地形データを作成し、⽇照計算を基に想定設置場所で効率的な太陽光発電を⾏うためのタワー⾼さの検討を⾏った（ここでは候補地1の例）。
その結果、SAP⾼さを10m以上にすると近傍地形の影響をあまり受けず費⽤対効果が⾼い発電施設を構築できることが判った。
本検討ではSAP部の上下⼨法も考慮してタワー⾼さは12mに設定した。
シミュレーションの結果太陽が最も低い冬⾄期でも50%以上、総合では80%以上の時間、太陽光発電を⾏えることが判った。

冬⾄期に⽇照が得られる⽅位（h=10m）
冬⾄期のタワー⾼さと周辺地形影響
CONFIDENTIAL ©2024 Obayashi Corporation

9

4.3.

多⽬的タワーの基本設計

タワーの主構造体はCFRP製双安定性伸展ブームを⽤いた三⾓錐⾻組みを基本とした形状可変型電動式伸展構造物で製作する。
⽀柱⽀持構造と兼⽤したモータ型アクチュエータを使った巻き取り機構を各⽀柱の脚部に配置する。各アクチュエータの動きを制御することで傾斜地でもタワーを垂直に⽴てられる。
極域での太陽⾼度はほぼ⽔平⾯に近いことから、太陽電池パネル（ SAP ）は展開時にほぼ垂直⽅向に展開することとする。SAPもコンパクトに収納できる様、折り畳み機構を採⽤する。
輸送時（展開前）のサイズは⽉輸送船のフェアリン
グに収まるサイズとする。
多⽬的タワー（h=12m）
CONFIDENTIAL ©2024 Obayashi Corporation

10

4.4.

多⽬的タワーのBBM試験（実機の1/6）

展開後

薄膜太陽電池セル
地球では⽉⾯との重⼒⽐が約6倍であることから，このBBM構造体に作⽤する応⼒と発⽣ひずみは⽉⾯実機と同等になる
バイアスクロスCFRP製
双安定性ブーム
展開前

⽀柱⽀持構造兼ブーム巻き取機構

CONFIDENTIAL ©2024 Obayashi Corporation

BBM全体図（⾼さ2.0m）
実機の⾼さは12.0m

BBMの動作試験
11

５. 与圧型構造の検討
5.1 検討対象の選択
展開型の居住モジュールとして、膜構造を使ったインフレータブル構造を想定
本検討においては、断熱や放射線遮蔽、対デブリ防護といった保護機能を⽉⾯のレゴリスに持たせる⽅針としている。
既往検討等より断熱と放射線遮蔽のためにレゴリス層の厚さは3ｍ以上とされる（下記の例では3.5m）が、⼯事の精度や性能ばらつきのマージンを考慮して5mとした。

Benaroya, H., Bernold, L., and Chua, K. M., 2002, "Engineering, Design andConstruction of Lunar Bases" , Journal of Aerospace Engineering Volume 15, Issue 2

CONFIDENTIAL ©2024 Obayashi CorporationESA/Herzig et al. Bouncy Castles on the Moon. Inflated Habitats Might be
the Best Way to Get Started on a Lunar Base, Space and astronomy news
- Universe Today

125.2 防護層としての⽉地盤
防護層には⽉レゴリス層を⽤い、断熱・放射線遮蔽・⼩型デブリからの防護期能を持たせる（MMOD層を⽉の⾃然材料で代⽤）。
膜構造部（インフレータブル構造）は耐圧強度と気密性を確保し、内圧とのバランスで形状維持を⾏う。
具体的な⼟圧分布やレゴリスの安定性、インフータブル構造に⽣じる応⼒状態を求めるための構造解析を現在実施中（3次元の粒⼦法解析）
これにより、レゴリス層らびに空気膜構造の安定形状とその時の膜体の応⼒ひずみ状態を求める。

CONFIDENTIAL ©2024 Obayashi Corporation

13

5.3. 埋設型インフレータブル構造の施⼯性検討
埋設型構造を地下に設置する場合、⽉⾯の掘削⼯事が必要になるが、従来のバックホー⽅式の掘削シミュレーションを⾏ったところ、低重⼒の⽉⾯では掘削効率が悪く、掘削⼯事の⼯期と費⽤がいずれも全体⼯事の1/2以上を占めることが判明した。⽉⾯掘削機械の開発も期待されるが、ここではインフレータブル構造を地上設置し、その上から⼟塁状にレゴリスを設置する⽅式とした。
レゴリス
レゴリスの堆積状態は地表⾯から岩盤数⼗cmの範囲で緩い状態から密な 多⽬的簡易展開タワー状態に急変するため、地表近くの緩い層を広い⾯積で採取して必要与圧区画なボリュームを確保する。
レゴリス
各施⼯機械は概念段階であり、本岩盤施設に限らず基地建設に使われる機械にアタッチメントを付けることを想定している。
汎⽤ローバー類にアタッチメントを付加

作業⾞両B作業⾞両ACONFIDENTIAL ©2024 Obayashi Corporation

14６. まとめ本研究では国⼟交通省宇宙建設⾰新プロジェクトの⼀環として、滞在可能な⼈数や投⼊できる資材の物量がいずれも限定的な⽉⾯開発の初期段階を対象とし、資材輸送量の削減と現地建設作業の省⼒化に効果的な⾃動展開・無⼈設営の研究を継続的に実施している。
今回の報告では現在の開発事例として⾃動展開型の多⽬的タワー（発電、通信等）ならびに与圧空間向けの展開構造を紹介した。
今後も研究を継続し、実機の⽉⾯設置を念頭に置いたより具体的な設計仕様や構造形式を検討するとともに実証試験等を通してその実現性を確認する。
CONFIDENTIAL ©2024 Obayashi Corporation15