ISSN 0285-2861

JAXA宇宙科学研究所

機械的メタマテリアル・
金属 3 Dプリンターを融合させた新しい構造の探求

2024

News

4

No.517

宇宙科学研究所の新しい構造・材料の研究の例として、「機械的メタマテリア
ル」について本号の宇宙科学最前線で紹介します。特に、Tachi-Miura多面体と呼ばれる折り紙をベースにした機械的メタマテリアルについて解説しました（表紙図は折り畳まれる様子）。さらに、金属 3 Dプリンターを導入して、折り「紙」ではなく、折り「金属」にも取り組んでいます（写真は試作例）。

5 mm

The Forefront of Space Science

宇宙
機械的メタマテリアルって何ですか？
科学最前線
宇宙飛翔工学研究系 助教 安田 博実（やすだ ひろみ）
はじめに
タイトルにある「機械的メタマテリアル（またはアーキテ

機械的メタマテリアルにはどんなものがあるのか？

クテッド・マテリアル）って何ですか？」と、今回ご紹介す「機械的メタマテリアルとは何か？」を 1つの答えに絞るのる材料・構造の研究をされている方に質問してみてください。

は難しいので、ここでは「メタマテリアルにはどんなものが（ほぼ間違いなく）研究者の方によって答えが異なると思いあるのか？」についてご紹介しようと思います。機械構造でます。

構成されるメタマテリアル（つまり機械的メタマテリアル）に

近年、応用物理や機械工学の分野を中心に研究が盛んに行焦点を当てると、構造全体をユニットセルと呼ばれる要素のわれている「機械的メタマテリアル」ですが、少し論文を調

周期的な配置で構成し、ユニットセルの幾何形状を工夫する

べると「周波数バンド構造」や、「ソリトン波」、「負のポアソことなどで、それを構成する材料自体では発現しない特性をン比」など、いろいろな情報が出てきます。（よくわからな

生み出す構造、と捉えて研究をすることがあります（ちなみいけど）これまでの材料・構造とは何か違うという印象を持に、メタマテリアル（metamaterial）の「meta」の接頭語は「超たれる方が多いと思います。（現在の私の理解だと）機械工越」を意味します）。このように捉えるのはあくまで一例なの学だけでなく他の様々な分野の知見を構造・材料の研究分野で、他にも様々な機械的メタマテリアルの定義はあります。

に取り入れ、発展してきた経緯があるため、研究者の数だけでは、どのような構造を機械的メタマテリアルと呼んでい「多様な」機械的メタマテリアルの研究があると考えていまるのか、図 1にいくつかの例を挙げてみました。図 1（a）のハす。本稿では、機械構造に焦点を当て、機械的メタマテリア

ニカム構造は六角形を敷き詰めた構造で、軽量でかつ高強ルにはどんなものがあるのか、宇宙の分野にどんな関係があ度など、形状を工夫することで機械的な特性向上を図る、機るのか、そして現在進めている研究についてお話したいと思械的メタマテリアルの良い例かと思います（応用例としてはいます。

ロケットフェアリング[ 1]等）
。次に、ラティスと呼ばれる梁ISASニュース

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No.5171

のような部材で格子を形作る構造（図 1（b）
）が挙げられます。

ラメータを選ぶと、図 2（a）のように潰した際に断面が小さ

幾何形状が複雑ですが、3 Dプリンターの登場もあり、製作

くなるように変形するという、ちょっと普通とは違う挙動できるようになってきたことで、研究が広く行われています。
最近だと、小型月着陸実証機SLIMの着陸脚の衝撃吸収材としてラティス構造が採用されました[ 2 ]。

を示す構造の 1つとなることがわかりました[ 6 ]。
2）耐
 荷重かつ折り畳める：「耐荷重（荷重を支える）」にはがっしりした構造が、「折り畳める」には柔軟に変形できる構

また、こんなものも機械的メタマテリアルになるの？と思わ造が必要で、その 2 つは相反する印象があります。Tachi-

れることが多いのが、「折り紙」。実は、近年「Origami-based

Miura多面体では、折り目に沿って折っていくことで形状

metamaterials」として研究が盛んに行われています。この「折が変化していくのですが、連続的に折り畳まれる途中に 2り紙」の研究ですが、有名なものとして航空機の胴体のようなつのモードに分岐する挙動を作り出すことで、特定の方向薄い円筒が座屈したときに現れる形状の「吉村パターン」があに関して、ある状態を超えて折ると、図 2（b）のように上り、潰れて強くなるという特徴から飲料の缶に応用されていに物をおいても支えられるようになります。この荷重を支ます（図1（c））[ 3 ]。この吉村パターンは円筒ですが、平面的えられる状態（耐荷重モード）は、折り目を何かでロックしな形状で有名なのが「ミウラ折り」です（図1（d））[ 4 ]。端と端ているわけではないので、別の方向から引っ張ると先程のを持って広げるとそれとは対角の方向にも開いていく（その逆平坦な状態にまた折りたたむことが容易にできます[ 7 ]。

の閉じるときも同様）という開きやすい（または閉じやすい）とこのような構造を用いると「折り畳めて」かつ「荷重も支えいう特徴をもち、地図の折り方やさらにはソーラーアレイとる」という 2 つの相反した特性を 1つの構造で実現でき、宇いった幅広い応用例があります。円筒の軸方向における座屈宙で空間を持った構造・建築に応用できる可能性を秘めての吉村パターン、2 次元的に展開・収納するミウラ折り、の他いるのではと考えています。

に例えば 3次元の空間充填の特性を持ち且つ折り畳める折り紙3）R econfigurableな構造：形状の変形をコントロールしてポはあるのか？ということで、本稿では、そのような折り紙の1アソン比を負にしたり、耐荷重と折畳みを両立させたりでつとして、私がこれまで研究してきた「Tachi-Miura 多面体」
（図

きることがわかると、今度は形状をどれくらい自在にコン

1（e））[ 5 ]について少し詳しく見ていこうと思います。

トロールできるのかが気になるかと思います（少なくとも私は気になりました）。このTachi-Miura多面体は、図 2（c）左

折り紙の
「形状」
と
「機械特性」の関係上にある平坦な状態から同図右下の赤い状態に本来折り畳「折り紙」はこれまでにも工学への応用を目指した研究は多まれます。しかし、折り目を選択的に山折りと谷折りを入く、IKAROSに代表されるように小さく畳んでおき、使うときれ替えたりなどすると、構造の特定箇所の形状を変更させに大きく広げるといった例が挙げられます。近年では、「機ることができ、構造を製作した後でも、再度作り直すこと械的メタマテリアル」の研究の流れと合流することで、「折りなく（形状変更の 2 パターンは図中青色および緑色で示す箇紙」が持つ様々な性質が報告されるようになって来ました。

所に対応）、図中の様々な形状に変化可能なことがわかり

Tachi-Miura多面体と呼ばれるミウラ折りを発展させた空間充ました（図 2（c））[ 8 ]。従来のように用途ごとに別々に構造

填の特性を持つ折り紙を例に、従来の材料・構造とはちょっをつくるのではなく、1つの構造を作っておいて、使う目と異なる性質に関する私の研究を紹介します。

的に応じて変形させ、目的が変わったら、また変形させる

1）負 のポアソン比：一般的には材料を潰すと断面が大きくなといった再使用可能な構造に繋がるかも？と考えています。

ることが多いです。このような力を加えた縦方向および横方向の変形の比がポアソン比ですが、通常はこの値は正の金属3Dプリンターを使った折り紙構造

値を取ります。このポアソン比が負になることは無いので折り紙に基づく機械的メタマテリアルが持つ様々な特性がしょうか？実は、Tachi-Miura多面体は、うまくデザインパ

私を含めた多くの研究者によって研究されてきました。しか(a) ハニカム Body-centeredcubic(d) ミウラ折り(c)
吉村パターン(b) ラティス

Octet

Kelvin円筒

Kresling
パターン

座屈(e) Tachi-Miura

多面体

図 1：機械的メタマテリアルの例。（a）ハニカム構造。（b）ラティス構造。また、折り紙に基づく機械的メタマテリアルの例として、
（c）吉村
パターン、
（d）ミウラ折り、（e）Tachi-Miura多面体。

2

ISASニュース

2024. 4

No.517

The Forefront of Space Science(a) 負のポアソン比

荷重 (kN)

(a)

圧縮荷重
初期形状

宇宙科学最前線
圧縮後の形状
熱処理後圧縮

変位( 畳まれる)

造形まま

造形まま
圧縮

熱処理適用

(b) 耐荷重かつ折り畳める

耐荷重モード

平坦な状態

変位 (mm)

(b)

50 mm

( 破損する)

衝撃付加後の挙動

ハニカム
衝撃

落下し衝突
した錘を
跳ね返して
しまう

(c) Reconﬁgurableな構造

折り紙 衝撃図2：Tachi-Miura多面体の様々な特性。（a）折り畳まれたときの断面形状の変化。
（b）紙で試作したモデルの「平坦な状態」と「荷重を支えるモード」の切り替え[7]。
（c）1つの折り紙構造が、様々な形状に変化可能な様子を表す図。

折り畳まれ
ながら錘を
受け止める

図 3：金属 3 Dプリンターで製作した折紙に基づく機械的メタマテリアル [ 9 ]。
（a）アルミ合金を用いて試作した折紙の（準静的）圧縮試験結果と、造形ままおよび熱処理を適用後に圧縮した場合の圧縮後の状態。（b）同じ体積を持つハニカムと折紙の衝撃試験を行ったときの様子。

し、宇宙機などへの工学応用を考えた時に、「紙」以外の材料

収機構、折り紙の形状可変な特性を用いた宇宙での展開構造（特に金属）でも作れるのか？金属で作った場合、紙で作った（または建築物）など様々な応用ができるのでは？とワクワク

ときと同じ挙動になるのか？など、課題はたくさんあります。

しながら研究を進めているところです。

そういった課題へのアプローチとして、（私の）JAXA での研究では金属3Dプリンターを活用した折り紙構造の製作に取りさいごに組んでいます。折り「紙」
ではなく、折り「金属」
です。ただし、折り紙を使った機械的メタマテリアルを中心に様々な面白

シート状の材料に折り目を入れて、3 次元構造に折っていく

い特性や応用への可能性についてご紹介させていただきましのではなく、ここでは最終的な 3 次元形状を直接プリントしたが、この他にも色々なメタマテリアルの研究が行われていていきます。JAXA安全・信頼性推進部の境野 正法さんとNTTます。冒頭の「機械的メタマテリアルとは何か？」の答えが研データザムテクノロジーズ様にご協力いただき、アルミ合金

究者の数だけあると曖昧な言い方をしましたが、多様な分野を使って手のひらサイズの大きさのプロトタイプを作りましの知見を取り入れ、それらを機械構造へ適用することで構造た（本号の表紙の図）。

というものを理解・解析・設計しようと様々な角度からアプ形状がうまく作れたら、折り紙のように折りの動きを出す

ローチした結果の裏返しとも捉えることができるのかなとものは簡単かというと、実はそうでもありませんでした。構造

私は思います。また、機械的メタマテリアルのような新しいの初期状態を表紙の図下段として、本来のTachi-Miura多面体

構造材料の設計手法と、3 Dプリンターといった新しい製造技の潰れる（折り畳まれる）変形は図 1（e）右下のようになるの術を融合することで、宇宙分野を含めた様々な産業への応用ですが、3 Dプリンターで造形したままのものを潰すと、図が期待できるのではと考えます。

3（a）右下のように理想の折り畳まれた形状とはかけ離れた状態に...（折り目に沿って壊れ、粉々になってます）。そこで、
3 Dプリントした後に、ある条件で熱処理をし圧縮をすると、圧縮後の形状は本来のTachi-Miura多面体の畳まれた状態（図3（a）右上）と同じように、綺麗に折り畳まれて潰れているのがわかるかと思います。
この「紙のように綺麗に折れる」というのを衝撃吸収に活かせるのでは？というので、衝撃試験をしてみました。比較用にTachi-Miura多面体と同じ材料・同じ体積のハニカムを作り、同じ衝撃を加えると、ある衝撃の大きさではハニカムは（面外方向に）あまり潰れず、衝撃を加えるために上から落としたインパクターが跳ね返ってしまいました（図 3（b）上段）。
一方、Tachi-Miura多面体は綺麗に折れることでスムーズにエ
ネルギーを吸収できているのがわかります
（図 3
（b）
下段）
[ 9 ]。
まだ金属 3 Dプリンターを使った折り紙構造の研究は少なく、始まったばかりですが、折り紙の折り挙動による、圧縮を受けた構造の変形をコントロールできる利点を活かした衝撃吸

参考文献[1]J AXA 宇宙輸送技術部門.ロケットの基礎知識.
https://www.rocket.jaxa.jp/column/knowledge/fairing.html.
[2]河 野太郎, 小型月着陸実証機SLIMの着陸機構, 宇宙科学最前線, 読むISAS URL
https://www.isas.jaxa.jp/feature/forefront/191226.html.
[3]三浦公亮, 「考証：チューハイ缶と宇宙研の関係」,2002年9月号いも焼酎
https://www.isas.jaxa.jp/j/isasnews/backnumber/2002/ISASnews258.pdf .
[4]M iura, K. Method of packaging and deployment of large
membranes in space. The Institute of Space and Astronautical
Science Report No.618 1–9 (1985).
[5]T achi, T. & Miura, K. Rigid-Foldable cylinders and cells. Journal of
the International Association for Shell and Spatial Structures 53,
217–226 (2012).
[6]Y asuda, H. & Yang, J. Reentrant origami-based metamaterials withnegative Poisson’s ratio and bistability. Physical Review Letters
114, 185502 (2015).
[7]Y asuda, H., et al. Origami‐based cellular structures with in situ
transition between collapsible and load‐bearing configurations.
Advanced Engineering Materials 21, 1900562 (2019).
[8]M iyazawa, Y. et al. Heterogeneous origami-architected materials
with variable stiffness. Communications Materials 2, 110 (2021).
[9]Y asuda, H. & Kunimine, T. Energy absorption of AlSi10Mg origami
cellular structures fabricated via laser powder bed fusion. MRSCommunications 1–7 (2024). https://doi.org/10.1557/s43579-02400518-7.

ISASニュース

2024. 4

No.5173

ISAS 事 情
SLIM、
月面での越夜に成功
SLIMは月面への着陸後、電力確保の期間を挟みつつ分光カメラ（MBC）による科学観測を行い、1 月 31 日に月の夜を迎えました。成功基準では日没までの月面活動をエクストラサクセスとしており、いわゆる越夜後の運用はさらに先のチャレンジという位置づけでした。SLIMチームは昨年末から怒涛の運用でした
ので、2 月前半は体も頭もクールダウンさせつつ、越夜後の運用の準備を進めました。
「SLIMの設計は越夜を前提としてないから」と思いつつも、1 月の運用で感じた説明できない何かの力のようなものに柄にもなく意を強くし、欲が出てきたのは不思議なものです。とはいえ、やはり各担当とも気になることは多々あります。電気系の立場では、低温環境で一番心配なバッ
テリはすでに探査機から切り離していましたので、泥臭いとこ
ろですが電子部品の実装が懸念でした。小型化のために導入した先進的な実装は基板との熱ひずみの差で故障しないか？いや50 年以上前に越夜に成功したアメリカのサーベイヤーの時代より集積化が進み部品点数が減少したことは良い方向？などと考えつつ、搭載コンポの設計資料をひっくり返していると、あっという間に月の夜は明けていきました。
越夜後の運用は、臼田局・内之浦局の全面的なサポートのもと、発生電力の予想に対して余裕を持った運用パスを確保して頂き、ついに 2 月 25 日にその時を迎えました。送信機ONのコ
マンドに対してSLIMが正常に応答したのを、管制室に大写しにしたスペアナ画像で一同確認、そして拍手。そこからは探査機状態の確認や航法カメラでの周辺地形の再撮像など、運用メン

越夜後のSLIMからの応答を示すスペアナ画面

バは夜勤運用を頑張りました。MBCは正常な動作には至りませんでしたが、限られた運用時間の中で次回のトライアルに向けたデータを取得しつつ、日本時間 3 月 1 日未明に再び日没によりSLIMは休眠に入りました。担当した宇宙機の運用終了はいつも感傷的ですが（先日の「ひさき」の停波もそうでした）、SLIMの日没時は次回があるかを確信できず一層複雑な気持ちです。
苦しい開発と運用を乗り切った最高のチームで、もう少しエク
ストラの先のご褒美を楽しみたいと思いますので、引き続きの応援をお願いいたします。
（福田 盛介）XRISM 初期科学観測継続中!
1 月 5 日にご報告したファーストライトから、約 3 ヶ月が経ちました。XRISMは、その後も画期的な科学観測データを取得
し続けています。但し、Resolveに取り付けられたゲートバル
ブ（ベリリウム保護膜）は、未だ開放できていません。NASAのメンバーも交えた慎重な検討の結果、当面は開放のための特殊運用を実施せず、閉じた状態での科学観測を続けることが決まりました。
私たちサイエンスチームの役割は、この判断に応じて初期科
学観測期（PVフェーズ）の観測計画を見直し、改めてプログラ
ムの最適化を図ることです。PVフェーズ中に観測が予定されていた天体のうち、保護膜による軟X線遮蔽の影響が大きいも東京理科大学にて開催されたXRISMサイエンスチーム会議での集合写真のについては、一旦観測を見送ることとしました。一方、残りの天体の大部分については、保護膜の影響をほとんど受けることなく当初の科学目的を達成できることを確認しました。幸いにして、ResolveのX線センサーが要求値を上回る分光性能を達成できたことに加え、広い視野が売りのXtendの性能も期待以上でした。2 月中旬には、満月とほぼ同じ視直径を持つ「超新星残骸 SN 1006」の撮像にも成功し、定常運用移行のプレスリ＊
リースに合わせて画像を公開しました 。
3 月第 2 週には、対面形式としては打上げ後初となるサイエンスチーム会議を、東京理科大学 神楽坂キャンパスにて開催しました。大学院生を含めて 200 名近いメンバーが一堂に集い、大きな講義室が満杯になりました。3 日間かけて、これまでに得られた観測成果を共有し、今後の見通しについて熱く議論しました。ファーストライト以降に得られた観測データをその日に初めて見たメンバーも多く、Resolveのスペクトルが投影された瞬間には会場が響めきました。
冒頭で述べた通り、XRISMは 100 %の状態ではありません。
しかし、従来のX線衛星と比して性能面での飛躍は大きく、我々の宇宙観を変えうる無二の存在であることに変わりありません。このミッションを「成功」と呼べるかどうかは、今後のサイエンスメンバーの頑張りにかかっています。私は、それができるチームであると確信しています。
（山口 弘悦）＊ https://www.jaxa.jp/press/2024/03/20240304-1_j.html

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ISASニュース

2024. 4

No.517

Roman宇宙望遠鏡計画の進捗
図：NASAジェット推 進 研 究 所
精密宇宙論観測と太陽系外惑星観測、そして様々な広視野赤（JPL）で組み立て中のCGI装置フ
外線天文学をすすめるNancy Grace Roman 宇宙望遠鏡の開発がライトモデル。赤丸部分にJAXA
順調に進んでいる。NASA側では、2023 年 9 月に広視野観測装置が提供した偏光光学素子、マス（WFI）の組み立てが完了し、その最終的な試験が行われている。 ク基板から作成したコロナグラ
フマスクが搭載されている。
（画
もうひとつの観測装置であるコロナグラフ装置（CGI）の組み立て
像：2024 年 1 月 ©️NASA）
も順調である。日本は、コロナグラフの心臓部といえるコロナ
協力で進められている。2023 年12 月にはJAXA宇宙研Roman計
グラフマスクの精密光学基板を提供している。マスクの加工自画の詳細設計審査会（CDR）が行われ、計画進捗確認と共に、美体はジェット推進研究所（JPL）で行われたが、その基板について
笹局K帯受信システムの詳細設計についての審査が実施され、いは、高精度の研磨加工とコーティング技術を持つ日本の企業（夏よいよ製作段階に入ることになった。現在、ダウンコンバータ、
目光学㈱）が担当した。また、偏光観測光学系をデザイン（オプHDRR、データ伝送システムなどの機器が続々と美笹局に搬入さトクラフト社協力）し、ウォラストンプリズム＊（㈱光学技研が製作）と集光レンズ（三共光学工業㈱が製作）も提供している。集光
れ、また、冷却低雑音アンプの製作・試験も進んでいる。2024
レンズは直接撮像用のものも提供しており、CGI の直接撮像モー
年10 月までには最終的なインテグレーション・試験を行い、11
ドでは我々のレンズが最後に光を結像させる。 CGI のフライトモ
月からはNASAとの本格的なRF適合試験を実施する予定である。
デルの組み立ては 2024 年1月に完了し、同2 月からは熱真空試
地上望遠鏡を用いた協調観測・科学協力の準備も進んでいる。
験を行い基本性能の確認のための光学試験を実施している。順2023 年半ばには、観測実施のための科学チームやコロナグラフ
調に進めば両装置とも2024 年夏頃までには望遠鏡への組み込み技術実証観測のためのチームも組織され、ここにも日本の研究が完了する予定である。
者が積極的に参加している。地上望遠鏡協調観測では、大阪大観測データを受信する準備も着々と進んでいる。Romanはこ
学PRIME望遠鏡が南アフリカ・サザーランド天文台でいよいよ本れまでの太陽-地球L 2 軌道ミッションの10 -100 倍の速度で大量格的な観測を開始し、また、すばる望遠鏡協調観測については、のデータをダウンリンクする必要があり、このため米欧日の地
国立天文台と宇宙科学研究所の間で100 夜からなる観測の実施
上局による受信協力が必要である。JAXA美笹深宇宙探査用地上に向けた協力覚え書きに署名された。2026 年の打上目標にむけ
局よるK帯受信システムの開発と受信協力はRoman計画への協て、いよいよRoman計画がラストスパートに入りつつある。
力の大きな柱であり、JAXA追跡ネットワーク技術センターとの（山田 亨）＊ 偏光観測のため入射光を2つの直交する直線偏光に分離する光学素子

第16回宇宙科学奨励賞を安藤 紘基氏と齋藤 勇士氏に授与
公益財団法人宇宙科学振興会では、毎年、宇宙科学分野で優れた研究業績を挙げ、宇宙科学の発展に寄与した若手研究者に宇宙科学奨励賞を授与しています。創設以来 16 回目となる
今年度は、京都産業大学 理学部 宇宙物理・気象学科 准教授 安藤 紘基氏（理学分野）と東北大学 学際科学フロンティア研究所
助教 齋藤 勇士氏（工学分野）に授与されました。
安藤氏への授賞の対象となった研究業績は「電波掩蔽観測と数値モデリングによる惑星大気の研究」です。安藤氏は、宇宙機を用いた観測から数値シミュレーションによる金星大気駆動メカニズム解明までを一貫して実施され、そのいずれもが高い
レベルにあると評価されました。これらの金星大気の研究は汎惑星気象学の構築のさきがけとなると考えられています。安藤氏は、「あかつき」運用においても中心的役割を果たし、また将来の金星大気観測の計画も引っ張っておられます。観測と理論を統合して太陽系探査を切り拓く傑出した若手研究者であり、今後のリーダーシップに期待がかけられている方です。
齋藤氏への授賞の対象となった研究業績は「端面燃焼式ハイブリッドロケットの燃焼特性および推力制御特性の解明」です。
齋藤氏は、端面燃焼式ハイブリッドロケットの燃焼特性および推力制御特性について先進的な研究を行い、宇宙推進工学および燃焼学の分野で学術的に重要な知見を提供するだけでなく、革新的なハイブリッドロケットを実現し得る 1つの方法を明示

前列左が理学部門受賞者の安藤 紘基氏、
右が工学部門受賞者の齋藤 勇士氏

しておられます。今後も当該分野を中心に我が国の宇宙工学の発展にリーダーシップを持って貢献していく研究者となることが期待されています。
当振興会は今回受賞された安藤氏と齋藤氏に心からお祝い申
し上げると共に、今後の宇宙科学の発展に大いに貢献されることを期待しております。表彰式とそれに引き続く祝賀会は、3月7 日に多数のご来賓、関係者列席のもと、都内のホテルにて開催しました。式中に受賞者による記念講演も行われ、その様子はオンラインでも配信しました。なお、本授賞の対象となった両氏の研究内容は、それぞれISASニュース 5 月号および 6 月号の「宇宙科学最前線」で紹介いただく予定です。
（公益財団法人 宇宙科学振興会 佐々木 進）

ISASニュース

2024. 4

No.517

5

R
E
M
P
I
I
N
SL
S
N
ろへ
と
こ
O
い
THE M 降りられるところから、降りた
連載

第8 回

降

－SLIMは1日にして成らず！
軌道計画系－

月軌道への投入時の消費燃料を節約することができます（図1）。2023 年 12 月 25日に月回軌道投入のための軌道制御を実施し、その後は着陸に向けて軌道高度を下げる軌道制御を行っていき、着陸開始直前となる 2024 年 1 月19 日 22 時 40 分
ごろ、最後の軌道制御を完了しました（図 2）。
ここで、「軌道制御」の方法についてご紹介しましょう。軌

2024 年 1 月19 日 23 時 35 分、 着 陸 開 始 の 25 分 前、SLIMピ

道制御の目的は、現在飛行している軌道から、目標とする別ンポイント着陸に向けた最後の運用が始まりました。管制室の軌道に移ることです。まずは、現在飛行している軌道を精では各担当がSLIMの状態を確認し、報告していきます。軌道

密に割り出す「軌道決定」を行います。地上からアンテナを決定担当から「簡易軌道決定結果 + 0 . 4 秒」という報告が淡々使ってSLIMを追跡し、地上局とSLIMとの電波の往復時間と電と、しかし自信に満ちた声でありました。これは着陸に向け

波のドップラーシフト量を使って軌道を把握します。軌道決て計画した軌道からのずれを示す数値で、0 秒に近いという定の次は、エンジン噴射量と向きを決める計算を行います。

ことはほぼ計画通りの軌道でSLIMはやってきた、ということ

目標地点までの一筆書きの計算を繰り返し行い、うまくいくを意味します。打上げから約 4 か月半の期間を経て、SLIMは計画を採用します。計画を終えたら、必要となる情報をコマ

ついに着陸のためのスタート地点にやってきたのです。そのンド計画としてまとめ、地上局から送信していきます。そし後は大変な緊張感の中、誘導航法制御系担当として着陸運用て、いよいよ軌道制御を実施するタイミングでは、SLIMのを進めたことを覚えています。そして、SLIMはピンポイント

データを見守り、何かあった場合にすぐ対応することができ月面着陸を達成しました。詳細はISASニュース 2024 年 3 月号

るよう万全を期します。軌道制御が終わると、軌道制御が想をご覧ください。
今回は、打上げから着陸までの壮大な一筆書きとも言える「軌道計画」についてご紹介します。SLIMはH-IIAロケット 47

SLIMの打上げから着陸開始まで、この軌道制御を合計で号機により、種子島宇宙センターから 2023 年 9 月7 日に打ち

16 回行い、エンジン噴射の際の機体の応答がどうなるか、軌上げられました。旅の始まりとなるこの時点ではSLIMは地球

道はどうなるかなどを見極めながら、運用を着実に進めてきを周回する軌道にあり、このままでは月に到達しません。こました。エンジンを噴射して軌道を変更するという一連の操の後、SLIM自身の持つエンジンを使って月に向かう軌道に乗

作は着陸時の操作と本質的には同じです。軌道制御の運用をせます。月に向かう軌道にうまく乗せられる良いタイミング

通して機体の特性を把握し、運用方法を磨き上げ、着陸を迎があり、その瞬間に全力で軌道を変更するためのエンジン噴

えるころにはSLIMを自在に操ることのできる百戦錬磨の運用

射（「軌道制御」と言います）を行います。この方式を使って、チームとなっていたのでした。

SLIMは地球周回軌道から月遷移軌道への軌道制御を 2023 年

SLIMでは最新の研究成果と日本の宇宙開発で積み重ねて

10 月1日に実施し、続いて、10 月 4 日に月の重力を活用してきた軌道制御のような手堅い技術が相乗効果を発揮していま

スイングバイを行いました。この月スイングバイにより月軌す。4 か月半のミッションの前にはさらに長い歴史がある。

道の外側、最も地球から遠いところで約 130 万kmとなる軌道

SLIMは一日にして成らず。ここに、先人の努力やミッションに沿ってSLIMを飛ばします。月軌道の外側では太陽の重力のを支えて奮闘したメンバーに敬意を表します。

影響を大きく受けるのでその力に引っ張ってもらうことで、

図 1：SLIMの軌道計画（打上げ～月周回軌道投入）

6

定通り実行できたことを確認し、一連の流れが完了、となります。

ISASニュース

2024. 4

No.517



軌道計画担当：植田 聡史（うえだ さとし）

図 2：SLIMの軌道計画（月周回軌道投入～着陸）者向けジャーナルも 3 誌を数えます。
AI研 究の歴 史を振り返ると、
JAXA 名誉教授

中谷 一郎（なかたに いちろう）

AIブームの時代とAI冬の時代とが交互に繰り返されてきました。今まで 3 回あったAIブームのたびに、識者が論評する定型

画：筆者

パターンをご紹介しましょう。

ロボットだって恋をする？

「A Iは人間のすることは、何でもできるようになると思われているが、〇〇は、人間にしかできない仕事として永遠に残るであろう。
」
この〇〇に入る言葉は、古くは専門技術者のノウハウ、ロボットの恋の話をする前に、ちょっとした思考実験にお付き合いください。

やがて、将棋や囲碁のような名人級の直感を要するゲー
ム、次には自然言語の理解が必要な翻訳、そして音楽、絵画、俳句など創造力を要する分野などでした。

不治の病であなたには死が迫っていると想定しましょう。
そして…

〇〇の中には、当時の技術では実現できそうもないAI
応用分野が次々に入った訳ですね。しかしこれらの論評
はことごとく外れ、永遠に人間にしかできない筈の技術①あなたと同じ外見、個性、考え方を持つクローン人間がが、次のAIブームの時代に、片端からAIにより実現されて作られたとします。あなたが死んでも、そっくりさんが生

しまうというのも定型パターンです。

き続けるなら、死を抵抗なく受け入れられるでしょうか。

そして現在の（第 3 次）AIブームに対しての論評は？一部―― 答えはNoでしょうね。いくら似ていてもクローンはの識者のご託宣によれば、「AIは人間のすることなら、何別の人格。あなたの意識をそのまま継ぐことはできませでもこなすけれども、例外は残る。心を通わせる必要のん。それでは…

ある仕事、たとえばカウンセラー、精神科医、高級料亭②あなたの脳の内容が、コンピューターのメモリーに常時バックアップされるとしましょう。いつ死んでも意識は、そっくりさんのロボットに移植され、あなたの意識が記憶とともに、完全によみがえります。短い眠りから目が覚めたような感覚ですね。もちろん、まったく別の体に生まれ変わっていますが、意識はとぎれません。これなら、少し安心して（？）死を受け入れられるでしょうか。
―― 多分答えはYes でしょう。

の接待、営業の担当などはAIには永遠にできない。
（」「意識」の定義すら議論が続いているのを幸い、ここでは、乱暴に「心」と「意識」を区別しないことにします。
）
今のAIブームを支えるのは深層学習と呼ばれる技術。
確かに、この延長線上にロボットの心が出現することは将来とも、あり得ないでしょう。心を持っているようなフリをするロボットはすでに実現し、日々洗練・進歩しています。しかし、たとえば、お店の接客ロボットの笑
顔は心からの笑顔ではない。センサーで人の存在を検出したときに、どう対応すべきかがプログラムされている

この思考実験から分かるように、自己意識が連綿とつに過ぎません。
（昨今の人間の店員さんはマニュアル通り

ながっていることこそが、あなたが生きている重要な条に応答するだけで、プログラム化されたロボットと同じ件なのですね。ところで、そんなに重要な「意識」とは、だという声も聞こえてきそうですが！）

そもそも何なのか？意識は脳のどの部分の機能なのか？

ロボットが心を持っているようなフリをするのと、本ロボットに意識を持たせることは可能なのか？ 実は、意当に心を持つのとは、まったく別の技術。後者には、心識は古くから議論されてきましたが、今でもこれらの疑の解明とロボットへの実装という大変困難な技術的ブ問の解決には程遠く、混沌としています。意識の定義すレークスルーが必要で、まだその糸口すら見つかっていら意見が大きく分かれます。意識、心、精神、魂などのません。しかし、近未来の第 4 次AIブームは、人工的な心違いの説明も研究者によって異なります。中には、「意――AM（Artificial Mind： 筆者の造語です）技術が牽引す

識は主観であり、幻想である。物理的に実証できないゆるでしょう。そして、心を持つロボットは、恋もすれば、えに科学の対象にすらならない」という過激な（しかし、喧嘩もする、心から笑い、泣き、喜ぶ。音楽や絵画に感困ったことに、けっこう説得力のある）主張をする一派も動し、創造的な仕事に生き甲斐を感じます。しっかりとあります。

自己意識を持ち、他者の意識を尊重します。ご注意くだ

一方、ここ半世紀ほどの間に、脳の中を映像化する技

さい。そうなると、ロボットを壊したら器物損壊罪では術が開発され、脳を切開しなくても中の様子を知ることなく傷害罪か、ひょっとすると殺人罪に問われますよ。

ができるようになって事情が少し変わりました。fMRIや、

ようやく標題にたどり着いたところで紙数が尽きまし

CT、PETなど、体内の映像化の技術用語も日常的に目にした。ここから先の文は、生成AIに任せた方がよさそうなのます。意識研究の国際学会も 2 つ立ち上がり、意識の研究でこの辺で筆を置くことにしましょう。

ISASニュース

2024. 4

No.517

7

宇宙・夢・人S p a c e

H u m a n

D r e a m

「宇宙をより近く」
を
能代から実現したい

宇宙飛翔工学研究系 助教

坂本 勇樹（さかもと ゆうき）
1991 年、東京都生まれ。早稲田大学基幹理工学
部機械科学航空学科卒業。同大学基幹理工学研究科機械科学専攻博士課程修了。博士（工学）。フォン・カルマン流体力学研究所（ベルギー）研究員、JAXA プロジェクト研究員、日本学術振興会特別研究員 PD を経て、2022 年より現職。

ジェネレータ燃焼試験です。2019 年の年末で、私は計測室にい年100日以上は能代ロケット実験場ました。ガスジェネレータの中では水素と酸素を燃やして高温──秋田県の能代ロケット実験場から昨日戻ったばかりで、またのガスをつくります。試験を開始すると、ガスジェネレータの温度が一瞬でポンと高くなったのです。異常が発生したら「エすぐ能代に行かれるそうですね。
ロケット開発と水素社会実現に向けた活動、その 2 本立てでマスト！」と叫んで非常停止ボタンを押さなければいけないので研究開発を行っています。能代ロケット実験場にはそのためのすが、私は温度センサの誤りかもしれないと、一瞬ちゅうちょ

実験設備があるので、年 100 日以上は能代にいます。

しました。
「エマスト！」と叫んで非常停止ボタンを押したのと、──ロケットの研究開発の道に進んだきっかけは？

ガスジェネレータが割れるのが同時でした。異常だと少しでも高校生のころから飛行機など飛びものに憧れていて、飛びも思ったら止める勇気が必要なのです。割れた瞬間のことを、今のをつくりたいと思っていました。できれば未来の飛びものがでも肌が覚えています。この肌感は決して忘れることはないし、いいな、とも。極超音速航空機はまだ本格的な実用化には至っ

忘れてはいけないと思っています。

ていなかったことから、そのエンジンの開発に大学時代から取り組みました。
燃料の液体水素をエンジンにうまく送れないことが問題に世界をリードする液体水素の実験施設を能代に
──水素社会実現に向けた活動とは？

なっていました。極低温の液体水素が温められて沸騰し、流れ

近年、多くの企業が水素社会実現を目標に掲げ、液体水素を輸づらくなってしまうようなのですが、どのくらい沸騰している

送・貯蔵する技術の開発に取り組んでいます。液体水素はロケッのかも分かっていませんでした。そこで、液体水素の沸騰状態

トの燃料であり、能代ロケット実験場には液体水素の実験施設がを計測するセンサを開発し、データの取得にも成功しました。

あり、液体水素を扱うノウハウを持った人もいます。そこで能代

そのデータを使い、液体水素の流動特性のシミュレーションもロケット実験場では、企業に液体水素を扱うノウハウを伝えたり、できるようになりました。

企業が開発したバルブなどの試験を一緒に行ったりしています。

大学院の修士課程だった 2014 年、このセンサを観測ロケット

液体水素の実験施設の拡張を計画中です。事故を模擬した試に搭載し、宇宙空間で液体窒素の沸騰状態を計測する実験に参験ができる施設にしようとしています。事故が起きないように加しました。自分達が開発したセンサが宇宙に行き、宇宙からすることは大前提ですが、事故が起きても人命が守られる、施送ってきたデータを見たとき、とても感動しました。そして、設が守られる必要があります。それには、どういう事故が起き宇宙を飛ぶものをつくりたい、と思ったのです。これが私の研る可能性があるのか、そのとき液体水素はどのような挙動をす

究人生のターニングポイントになりました。

るのかを知っておかなければ、対策を取れないからです。大規

このセンサはさまざまな需要があり、H 3 ロケットの第 2 段エ

模なアクシデントを模擬した試験ができる施設は、まだどこにンジンの地上燃焼試験でも使われました。日本の基幹ロケットもありません。世界をリードする液体水素の実験環境を整えるの開発に貢献できたというのは、格別にうれしかったですね。

ことが、私たちの使命だと思っています。水素社会が実現し液──現在どういう思いで、ロケットエンジンの研究開発に取り組体水素がたくさん使われるようになれば、値段が下がります。
ロケットの打上げ費用も安くなって宇宙がより近くなる、といんでいるのでしょうか。
宇宙をより近くしたい。そう思っています。宇宙に物を安くたくさん届け、人が宇宙に簡単に行ける、そういう世界にしたう効果も期待しています。
──能代はどういう街ですか？

いのです。新婚旅行の行き先を選ぶときに、宇宙が候補に入る

とてもいい街ですよ。能代市も市民の皆さんも、ロケット実

くらいになればいいな。私も一度は宇宙に行ってみたいです。

験場を受け入れ、温かく見守ってくれています。ありがたいで失敗を肌で感じ、その経験を次に生かす──これまでの実験で忘れられないものはありますか。
再 使 用ロケット用 に 開 発し て い る＊ATRIUMエンジン の ガス

す。能代市は、宇宙や水素社会をテーマにさまざまな構想を練っています。それを、大学やJAXAも一緒になって実現しようという試みも進行中で、私はJAXA側の取りまとめをしています。ますます能代が好きになっていきます。

＊エアターボエンジンとロケットエンジンの複合エンジン。
Air Turbo Rocket for Innovative Unmanned Missionエンジンの略称。

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編集後記
SLIM君の
まだまだ非日常が続いている方も多いと思いますが、今月号も発1日（太陽の南中周期）が 1ヶ月くらい、というのは面白いですね。そうすると、1地球（っていうのかな? 衛星の満ち欠けの周期）
行にこぎつけました。こんな時こそ、いつもと変わらないことを大事にしたいですね。みおつくしもも1ヶ月くらいで、1年（公転周期）14は 回目になりました。みおつくし、1年くらいでしょうか? こっちは
元々は澪つ串で航路の標識の意だそうです。世の中も迷わず進んで暑くなってきましたが、そっちにも四季があるのかしら?
長生きしていくことを望むばかりです。
教えて欲しいなあ。
（坂東 芳隆）（斎藤
信尚）

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2024. 4

No.517ISSN
ISSN 0285-2861
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発行／国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所
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発行責任者／宇宙科学広報・普及主幹
藤本 正樹
発行責任者／宇宙科学広報・普及主幹 藤本 正樹
編集責任者／ ISAS ニュース編集委員長 山村 一誠
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デザイン制作協力／株式会社トリッド
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〒 252-5210 神奈川県相模原市中央区由野台 3-1-1〒
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8No.494
No.517 2022年5月号
2024年4月号