天アキ25mm

11 編 宇宙機器・システム
企画・編集

執 筆 者

狼

嘉彰

小野田 淳次郎上 條 謙二郎里誠

冨 田 信 之山 田 克 彦安 部 隆士飯 倉 省 一

石 川

稲 谷 順

司

今 川 吉 郎

梅 里 眞

弘

狼

小 田 光 茂小 山 孝一郎

金 森 洋

史

上 條 謙二郎

紙 田徹

川 勝 康

弘

木 部 勢至朗

楠 瀬 雄 一

久保田

孝

桑 尾 文

博

桑 田 知之幸 節 雄 二五 家 建 夫

小 松 敬

治

佐々木彰

佐々木

里誠

佐 藤 哲也高 柳 昌

弘

田 中 清 志棚 次 亘 弘谷 脇 滋

宗鎮 西 信夫

角 田 博 明東 原 和 行都 木 恭一郎

富 岡 健治冨 田 信 之永 田 晴 紀中 村 富久

長谷川 恵

一

原日比谷 孟 俊

藤 本 信

義堀嘉 彰進宣 一

幸 節 雄

二守井 筒 直樹

岩 田 隆 敬

歌 島 昌

由恵

一

松 本 浩 明

水 野実

峯 杉 賢

治

宮 田 升

美目 黒在

森 野 美 樹

八 坂 哲

雄

矢 島 信

之山 川宏

山 田 克 彦横 田 俊昭吉 江 勇

貴若 田 光 一渡 辺 篤太郎

目第 部

次導入編

第 1 章 宇宙開発の歴史と現状
1・1 人工衛星開発の歴史と現状 …………………1
1・1・1 人工衛星理論の先駆……………………1
1・1・2 人工衛星概観……………………………1
1・1・3 人工衛星のミッション…………………1
1・1・4 人工衛星の今後の発展方向……………2
1・2 ロケット開発の歴史と現状 …………………2
1・2・1 工学の対象としてのロケット…………2

1・3・1 スカイラブ………………………………4
1・3・2 米ソの共同実験：アポロ・ソユー
ズ実験計画とシャトル・ミール計
画…………………………………………4
1・3・3 旧ソ連の有人宇宙活動：ソユーズとサリュート・ミール…………………4
1・3・4 ヨーロッパによるスペースラブの1・2・2 スプートニク以後の展開………………2

開発と日本の参加………………………5

1・2・3 打上げロケット…………………………2

1・3・5 国際宇宙ステーション…………………5

1・2・4 宇宙往還機………………………………3

1・3・6 中国の有人宇宙飛行……………………6

1・2・5 月・惑星ロケット………………………3

1・3・7 今後の展開と日本の将来………………6

1・3 有人宇宙開発の歴史と現状 …………………4

目ii

次第 部

基第 2章

宇宙環境の最前線

2・1 地球周辺の宇宙環境 …………………………7
2・1・1 地球周辺の宇宙環境とその影響………7
2・1・2 原子状酸素………………………………8
2・1・3 プラズマ・放射線環境と帯電・放電 ………………………………………12

礎

編

2・1・5 誘導環境とコンタミネーション ……19
2・2 月・火星・金星………………………………21
2・2・1 月の環境 ………………………………21
2・2・2 火星の環境 ……………………………21
2・2・3 金星の環境 ……………………………22

2・1・4 隕石・デブリ …………………………18

第 3章 推 進 工 学
3・1 液体ロケットエンジン………………………24
3・1・1 LE‑5B …………………………………243・2・3 ハイブリッドロケット ………………353・1・2 LE‑7A…………………………………263・3 空気吸込エンジン……………………………363・3・1 ターボジェット系エンジン …………363・1・3 今後の動向 ……………………………293・3・2 スクラムジェット系エンジン ………393・2 固体ロケットモータ…………………………313・2・1 M ‑V ……………………………………313・3・3 今後の動向 ……………………………403・2・2 H‑Ⅱ A ロケット 6号機打上げ失敗の原因と対策 ………………………343・4 非化学推進エンジン…………………………423・4・1 電気推進ロケット ……………………423・4・2 原子力ロケット推進 …………………45第 4 章 軌道・姿勢力学と制御
4・1 月・火星・L 5 軌道 …………………………494・1・1 月軌道 …………………………………494・3・2 ジャイロ ………………………………654・1・2 火星軌道 ………………………………544・4 高精度地球観測衛星の姿勢制御……………67
4・4・1 宇宙からの地球観測の展開 …………67

4・1・3 L 5軌道 ………………………………59
4・2 先進型静止衛星のバス技術…………………63
4・2・1 静止衛星の動向 ………………………63

4・3・3 加速度計 ………………………………67

4・4・2 陸域観測技術衛星と指向管理 ………68
4・4・3 姿勢軌道制御系の構成 ………………68

4・2・2 静止衛星の展開 ………………………644・4・4 姿勢決定精度 …………………………70

4・3 宇宙用ホイール，ジャイロ，加速度計…………………………………………………654・4・5 姿勢制御精度および姿勢安定度 ……704・4・6 姿勢マヌーバ …………………………714・3・1 ホイール ………………………………65

第 5章 材料

5・1 宇宙環境が及ぼす材料への影響……………735・1・1 真空 ……………………………………735・2・2 紫外線 …………………………………735・1・2 アウトガス ……………………………735・2・4 プラズマ ………………………………745・1・3 温度サイクル …………………………73

5・3 機構用材料に関する最近の話題……………745・3・1 軽量構体パネル ………………………745・2 機構用材料への原子状酸素，宇宙線の影響……………………………………………735・2・1 原子状酸素 ……………………………73

5・2・3 放射線 …………………………………74

5・3・2 サービスモジュール利用材料ばく露実験 …………………………………75

第 6 章 トライボロジー
6・1 宇宙機器が遭遇するトライボロジー問
題………………………………………………78

6・1・1 真空環境 ………………………………78
6・1・2 原子状酸素 ……………………………78

天アキ
25mm
目

次iii

6・1・3 放射線・紫外線 ………………………78

6・1・6 振動 ……………………………………78

6・1・4 微小重力 ………………………………78

6・2 宇宙用潤滑剤の種類と特徴…………………78
6・3 宇宙用機器への適用事例と留意点…………79

6・1・5 温度変化 ………………………………78

第 7章 構 造 力 学
7・1 宇宙用構造の種類と特徴……………………837・2 構造設計の手法………………………………84

7・6 M ‑V ロケットの構造 ………………………977・6・1 概要 ……………………………………97

7・2・1 ロケット構造の設計手法 ……………84

7・6・2 モータケース …………………………97

7・2・2 衛星構造の設計手法 …………………86

7・6・3 段間接手 ………………………………97

7・2・3 衛星熱制御の設計手法 ………………88

7・6・4 ノーズフェアリング …………………98

7・3 構造動力学……………………………………91
7・3・1 ロケットでの動的問題 ………………91

7・6・5 後部筒 …………………………………98

7・3・2 衛星での動的問題 ……………………92

7・7 ALOS 衛星の構造 …………………………98
7・7・1 構造系技術的課題 ……………………99

7・3・3 軌道上での振動制御 …………………92

7・7・2 設計方針 ………………………………99

7・4 液体と機体との連成振動……………………92
7・4・1 スロッシング …………………………92

7・7・3 インテグレーション設計 ……………99

7・4・2 ポゴ ……………………………………93

7・7・5 熱ひずみ解析結果……………………100

7・4・3 低重力下での液体挙動 ………………94

7・8 構造力学の最近の話題 ……………………100
7・8・1 宇宙インフレータブル構造…………100

7・5 H‑ /H‑ A ロケットの構造 ……………94
7・5・1 全般 ……………………………………94
7・5・2 H‑Ⅱロケット …………………………94

7・7・4 構造設計結果 …………………………99

7・8・2 極低温複合材タンク…………………1027・8・3 往還機構造……………………………1047・5・3 H‑ⅡA ロケット ………………………96

第 8章 機構8・1 機構設計の方法と手法 ……………………1078・1・1 機構の分類……………………………1078・4・1 ETS‑Ⅵ搭載展開アンテナ跳ね上8・1・2 機構の設計……………………………1078・4・2 大型展開アンテナの展開機構設計

8・2 システムインタフェース設計 ……………1128・2・1 機械インタフェース…………………1128・2・2 電気インタフェース…………………1128・3 試験評価法 …………………………………1128・3・1 地上展開試験方法……………………112

げ・展開機構…………………………115…………………………………………1168・4・3 ADEOS‑Ⅱ太陽電池パドル ………1188・4・4 ALOS 搭 載 合 成 開 口 レ ー ダ（PALSAR) …………………………118

8・3・2 形状精度計測方法……………………115

8・5 機構に関する最近の話題 …………………1198・5・1 柔軟展開構造の機構設計……………1198・4 機構設計の実例 ……………………………115

8・5・2 アクチュエータ………………………119

第 9 章 国際宇宙ステーション「きぼう」(JEM ）のシステム
9 ・1 環境制御系の動向 …………………………121
9・1・1 ガス処理………………………………121

9・2・1 ばく露部の受動熱制御系……………123

9・1・2 水処理…………………………………122
9・1・3 廃棄物処理……………………………123

9 ・3 きぼう」の機構系…………………………125
9・3・1 エアロック……………………………1259・1・4 まとめ…………………………………123

9・3・2 ばく露部結合機構……………………128

9 ・2きぼう」ばく露部の熱制御系……………123

9・2・2 ばく露部の能動熱制御系……………124

9・3・3 ばく露部装置交換機構………………129

第 10 章 ロ ボ テ ィ ク ス
10・1 宇宙ロボットの開発状況と今後の展望………………………………………………13010・1・2 軌道上ロボット ……………………13010・1・1 宇宙ロボットの種類 ………………130

レータ ………………………………13110・1・3 宇宙ステーション上のマニピュ

目iv

次10・1・4 月惑星探査ローバ …………………13110・2・3 機能・性能 …………………………133

10・1・5 今後の展望 …………………………132

10・2・4 制御 …………………………………133

10・2 JEM マ ニ ピ ュ レ ー タ（ き ぼ う」のロボットアーム) …………………………132

10・2・5 構造・機構 …………………………13410・2・1 概要 …………………………………13210・2・7 地上試験 ……………………………13410・2・2 特徴 …………………………………13310・3 カナダアームのオペレーション…………134

第 11 章 気

10・2・6 熱 ……………………………………134体 力 学

11・1 高高度飛翔体………………………………13611・1・1 希薄流れと飛行速度 ………………136

11・2・1 抗力・揚力 …………………………138

11・1・2 飛行例および今後の動向 …………137

11・2・3 耐熱構造 ……………………………138

11・2 大気再突入飛翔体…………………………13811・2・4 飛行例および今後の動向 …………13911・2・2 極超音速流れでの空力加熱 ………138

第 12 章 シミュレーション技術と試験法
12・1 シミュレーション技術……………………14012・1・1 数値シミュレーションの概要 ……14012・2・5 熱環境試験 …………………………14812・1・2 宇宙機の運動のモデル化 …………14012・2・7 静荷重試験設備 ……………………15012・1・3 はん用解析プログラムの利用 ……14312・2・8 旋回腕型加速度試験設備 …………15012・2 ロケット・人工衛星などの環境試験……14412・2・1 環境試験の歴史 ……………………14412・2・9 電波試験設備 ………………………15112・2・2 振動試験 ……………………………14512・2・11 磁気試験設備………………………15112・2・3 音響試験 ……………………………14612・2・12 環境試験データ管理システム……15212・2・6 質量特性測定設備 …………………15012・2・10 電磁適合特性試験設備……………15112・2・4 衝撃試験 ……………………………147

第部

宇宙空間への進出

第 13 章月・火星などへの展開

13・1 過去の探査衛星……………………………15413・1・1 おもな月の探査 ……………………15413・3 探査システム………………………………15613・3・1 探査形態 ……………………………15613・1・2 おもな火星の探査 …………………15413・3・2 深宇宙探査ミッション ……………15613・1・3 その他のおもな惑星探査 …………15413・3・3 着陸・移動探査 ……………………15713・2 惑星に関する最近の話題…………………15513・2・1 月の話題 ……………………………15513・4 惑星利用の将来構想………………………16513・4・1 月利用の将来構想 …………………165

13・2・2 火星の話題 …………………………15513・4・2 火星利用の将来構想 ………………17113・2・3 その他の惑星に関する話題 ………15513・4・3 その他の惑星利用の将来構想 ……172

第 14 章 科
14・1 科学気球の歴史と概要……………………173
14・2 成層圏気球…………………………………173

学 気 球
14・2・6 科学気球の利用 ……………………176

14・2・1 方式 …………………………………17314・3 惑星気球……………………………………176
14・3・1 惑星気球の概要 ……………………176

14・2・2 形状設計 ……………………………17314・3・2 火星気球 ……………………………177

14・2・3 製作 …………………………………17414・3・3 金星気球 ……………………………17714・2・4 飛翔技術 ……………………………17514・3・4 その他の気球 ………………………17814・2・5 飛翔の安全・保安 …………………176

14・3・5 その他の課題 ………………………178

天アキ
25mm
目章の上の空きを取っています次v

第 15 章 国際宇宙ステーション「きぼう」の利用例
15・1 きぼう」の利用概説 ……………………18015・1・1 宇宙環境利用 ………………………18015・1・2きぼう」により獲得される環境………………………………………18015・1・315・1・4きぼう」搭載実験装置と実験ミ

15・2・8 計画されている実験 ………………18615・2・9 実験供試体と搭載例 ………………18615・3 材料科学実験装置（温度こう配炉) ……18615・3・1 温度こう配炉（GHF）の概要 ……18615・3・2 温度こう配炉の基本仕様 …………188ッション ……………………………18215・3・3 温度こう配炉の性能例 ……………188きぼう」の新たな利用概念………18415・4 船外プラットホームの利用（超伝導サブミリ波リム放射サウンダ) ……………18915・2 ライフサイエンス実験装置（細胞培養装置) ………………………………………18415・4・1 サブミリ波リム放射サウンダ ……18915・2・1 細胞培養装置はどんな装置か ……18415・4・2 ミッション機器 ……………………18915・2・2 細胞培養装置の特徴 ………………18415・4・3 システム設計 ………………………19015・2・3 細胞培養装置の主要機能・性能

15・4・4 観測データ処理 ……………………190………………………………………18415・2・4 主要構成要素とその仕様 …………18515・2・5 ソフトウェア ………………………18615・5 与圧部の利用………………………………190
15・5・1 微小重力科学実験 …………………19115・5・2 生物科学・バイオテクノロジー

15・2・6 ほかの実験装置との関係 …………186………………………………………19315・2・7 搭載の計画 …………………………186

15・5・3 宇宙医学 ……………………………193

第 16 章 テザーシステム
16・1 はじめに……………………………………19416・2 ひも付き衛星システムの基本的概念……194

16・3・4 運動量変換システム ………………197

16・2・1 基本的構造 …………………………194

16・4 システムの科学観測への応用……………19816・4・1 大気科学実験 ………………………198

16・2・2 ひも付き衛星の運動 ………………19516・2・3 技術的検討 …………………………19516・3 システムの工学への応用…………………196
16・3・1 軽量柔軟構造物 ……………………196

16・3・5 電気力学的テザーシステム ………197

16・4・2 テザーを使った能動実験（エレクトロダイナミックテザー)………198
16・4・3 宇宙ステーション時代における

16・3・2 姿勢安定システム …………………196

デザーの利用 ………………………199

16・3・3 高品質重力場実験室 ………………197

16・5 研究の最近の動向…………………………199

第 17 章 信頼性とリスクマネジメント
17・1 信頼性………………………………………20217・1・1 信頼性概念 …………………………20217・2 リスクマネジメント………………………205
17・2・1 リスク概念 …………………………205

17・1・2 信頼度の決め方 ……………………20217・2・2 リスクマネジメントの実際 ………206

17・1・3 信頼度予測の問題点と対策 ………20417・2・3 確率論的リスク評価 ………………208

索引（日本語・英語）………………………………………………………………………………………………巻末