宇宙科学研究所

宇宙科学最前線

燃料電池を使ってCO2 を除去する

ISSN 0285-2861

ニュース

No. 402

組み立てを終えて報道公開された小惑星探査機「はやぶさ2」。
左の写真には再突入カプセル，右の写真にはイオンエンジンが見える。

長岡技術科学大学 大学院工学研究科 教授
宇宙科学研究所 宇宙機応用工学研究系 客員教授

梅田 実

宇宙閉鎖空間における生命維持のためには，酸増加は，CO2 固定化を上回る勢いです。それによ素の供給と二酸化炭素（CO2）の除去が必要不可欠

る大気組成の変化が，地球温暖化の要因としてたです。私たちの研究グループでは，燃料電池を用

びたび取り上げられていることは周知の通りです。

いてCO2 を有効利用する新しい研究を進めていま

地上の生活空間におけるCO2 濃度は現状です。第一段階では，CO2 を還元しながら発電する

0.03％程度ですが，これが数％を超えた場合，人新規な燃料電池の研究と，それを用いる次世代空間は頭痛，めまい，吐き気を催すようになります。

気再生システムの開発を行っています。第二段階

さらに高濃度になると，意識を失い重篤な状態にでは，CO2 を還元して資源化する究極の炭素循環なるとされています。このことは，通常の生活空システムを目指します。本稿では，私たちの取り間では重要視されないCO2 濃度管理が，人間の活組みについて紹介します。

動を伴う宇宙閉鎖空間では，生命維持の観点から

宇宙閉鎖空間とCO2 の除去

2014.9極めて重要な課題であることを意味します。
現在，宇宙閉鎖空間でのCO2 除去技術は，アルCO2 は地球上ではほぼ無尽蔵に存在し，自然界

カリ性の水酸化リチウムに吸収させる方法や，ゼで循環しています。CO2 固定化の典型例が光合成

オライトと呼ばれる吸着材に吸収させる手法が採ですが，化石燃料の使用による大気中CO2 濃度の用されています。特に前者の場合は，吸着材が使ISAS ニュース No.402 2014.9

1

であり，自発的に進行すると考えられます。しかし実際に発熱反応が起こることはなく，正反対の吸熱反応であることが経験的に知られています。
この（2）式をめぐる一見矛盾した反応は，式中に表記されない吸熱過程の存在で説明されます。
その一つが，結合解離エネルギーです。具体的に，
C–O解離させるためには，348kJ/molの熱エネル
ギーを外部から加える必要があります。この例が示すように，（2）式はいくつかの素過程に分解でき，
図 1 水素─二酸化炭素
燃料電池のための試験運
転装置
ガス供給システム，燃料
電池セル，電気化学測定装置，ガスクロマトグラ
フ質量分析装置で構成される。右上は燃料電池セルの外観，右中は燃料電池セル内のガス流路写真，
右下は燃料電池内部の電解質膜（透明膜）と電極
触媒層（黒色部）。

その中で最も遅い（吸熱量が大きい）ものを律速過程といいます。

い捨てになってしまいます。
長岡技術科学大学の研究室と宇宙研の研究グ

では，律速過程を解消する方法はないのでしょ

ループは共同で，宇宙閉鎖空間のCO2を単に除去・うか？ この問いに対する解答は，触媒の利用です。

廃棄するのではなく，リサイクルすることに取り組

少し難しい説明になったかもしれませんが，適んでいます。そのためには，CO2 を還元する新し切な触媒を使用することで，律速過程は解消でき

い技術開発が不可欠です。なぜなら，CO2 は炭素ます。もし，すべての素過程が触媒の使用で円滑が最も酸化された安定状態にあるからです。

に進行するなら，（2）式のCO2 還元反応は発熱反

私たちは，独自の技術開発によりCO2 を還元し応として進行することになります。さらには，（2）ながら発電する新しい燃料電池の研究を行ってい式の生成熱の一部は，発電に使うことができます。

ます。第一の要点は，この燃料電池を利用した次世代空気再生システムの開発です。第二に，このCO2 を用いて電気をつくる

技術開発が完成すれば，CO2 を資源として活用す

以上で述べてきたように，CO2 還元は経験的にることが可能となります。これは，閉鎖空間におけ実現が困難であるものの，理論上は容易に生ずるるCO2 リサイクルに限らず，地球上あるいはCO2はずです。私たちは，CO2 還元を，発電装置であを持つほかの惑星や衛星においてCO2 を炭素資源

る燃料電池に託すことにしました。

として利活用する革新技術になると期待されます。

CO2 還元はなぜ容易に進行しないか

池（乾電池）が酸化剤と還元剤をパッケージに封入しているのに対して，燃料電池は酸化剤（酸素）

みましょう。メタン（CH4）の燃焼は，と還元剤（水素）を外部から供給する仕組みになっCH4 + 2O2 ＝CO2 ＋2H2O＋890kJ……（1）ています。このことから，燃料電池は水素と酸素で表され，生成熱は890kJ/molです。つまり，酸を供給する間は発電し続ける「発電装置」といえ素を使ってメタンを燃焼させると，890kJ/molのます。
燃料電池の代表ともいえる水素─酸素燃料電池

次に，CO2 の還元を考えるに当たり，CO2 にH2

この反応は，253kJ/molの生成熱を伴う発熱反応
電力

CH4 など図 2 水素─二酸化炭素燃料電池
左は概念図。右は発電試験の結果で，燃料電池の発電性能の指標となる「電流密度─電圧特性」と「電流密度─出力特性」を示している。

ISAS ニュース No.402 2014.9で表されます。この燃料電池においては，理論上
0.6

0.06
0.4
0.04

凡例 ▲△
◆◇
●○
■□

0.02

0.00

電流密度─電圧特性
0

10

20

30

40

電流密度（mA cm-2）

80℃
60℃
40℃
26℃

0.2

0.0
50

出力密度（mW cm-2）

H+

セル電圧（V）

0.08

2

H2 →2H＋＋2e −……（3.1）
1/2O2 ＋2H＋＋2e −→H2O……（3.2）

電流密度─出力特性

CO2

正極

この負極反応は，
また正極反応は，

0.8

0.10

電解質

の全反応は，（3）式で表されます。
H2 ＋1/2O2 ＝H2O＋286kJ……（3）CO2 ＋4H2 ＝CH4 ＋2H2O＋253kJ……（2）負極に供給することで発電する装置です。通常の蓄電

一般にCO2 は化学反応に対して安定です。ここを作用させると，次の（2）式が成立します。

H2常の燃料電池は，水素を負極に，また酸素を正極では，熱化学方程式でCO2 が関わる反応を眺めて燃焼熱が得られます。

8e-­

ここで，燃料電池について少し説明します。通（3）式の燃焼熱の83％（25℃）が電気エネルギーに高効率変換できるため，地上では家庭用途と自動車用途に実用化されています。
再度，（2）式に着目してください。私たちは，これに基づいて水素─二酸化炭素燃料電池を作製しました。燃料電池の構造を図１に示しますが，主要部分は極めて薄くコンパクトです。この構成は，固体高分子形燃料電池（PEFC）に分類されます。

CO2 還元燃料電池とH2O電解を組み合わせた空気再生システム
2H2O

FC：燃料電池

図2左は，水素─二酸化炭素燃料電池の概念図です。負極には水素を供給し，その反応は
4H2 →8H ＋8e ……（2.1）＋−

また正極にCO2 を供給した際の主要反応は
CO2 ＋8H ＋8e →CH4 ＋2H2O……（2.2）＋−

EC：電解装置

CO2

4H2O

4H2

FC

CH4

図2のグラフに示します。グラフの横軸は正極─

EC

2O2

4H2

2H2O

電源

CO 2 還元燃料電池，H 2O電解，直接メタノール形燃料電池を組み合わせた空気再生システムと考えられています。
水素─二酸化炭素燃料電池の発電試験結果を，太陽電池発電に基づくH2O電解

H2O
3H2O

CO2

3H2

負極間の電流密度を示し，左縦軸は両極間の電圧，

EC

3H2

3/2O2

H2O

CH3OH

3/2O2

FC

CO2

2H2O

H2

右縦軸は燃料電池出力を表しています。グラフより明らかなように，燃料電池が発電しています。

燃料として使用できます。これは，直接メタノー

また，発電出力の温度依存が分かります。

ル形燃料電池といい，地上では確立された発電技

私たちの研究において，水素─二酸化炭素燃料

新しい空気再生システムを構成できます。さらに，

これは，実験に用いた電極材料が電極触媒として

CH3OHを貯蔵に回すことで，太陽光発電ができな

正常に作動した結果と考えています。ただし，問い場合の予備発電としても活用が可能です。

ること，生成物が電極に強く吸着して効率よく取宇宙用途に関する展望

り出すことが難しいこと，などです。現在，これら本技術の実用化に向けて，いくつかの重要課題の解決に焦点を当てた研究を行っています。

であることは指摘した通りです。電極上の反応（電極反応）については，電極が導電材なら何でもよ

空間では，CO2 の除去が必須となり，現行は吸収

いわけではなく，エネルギーロスを最小とし，またによるCO2 回収を行っています。しかし，長期的生成物の種類を選択的にコントロールできる電極

な視野に立てば，CO2 は積極的にリサイクルされ触媒の開発を行う必要があります。

るべきでしょう。ここでは，まず水素─二酸化炭

一方で，長期的な宇宙滞在を視野に入れると，

素燃料電池を用いる閉鎖空間用の次世代空気再生

酸素循環に加えてさらに大きな炭素循環系を考えきたCO2，CH4，CH3OH，H2O，H2，O2 を中心と生成物であるH2Oの電気分解（3.1式と3.2式の逆して，有機合成や食料合成にまで目を向けること反応）を組み合わせたシステムを示します。
（2）式が肝要と思われます。太古の地球では，気体の大については，すでに図 2で説明しているため詳細部分を占めていたCO2 が，微生物によってO2 と有は省略しますが，生成物の一つであるH2Oを電気機物に変換されました。それを人工的に，ほかの分解に回します。水電解は（3）式の逆の吸熱反応

惑星や衛星でも行えるよう技術力を高めておくこであり外部エネルギーを必要とするため，これをとは，決して無駄ではないでしょう。本研究の発太陽光発電で賄います（図3右）。H2Oの電解で得展形が，遠い将来，何らかの形で宇宙開発の役にられるO2 は生命活動（呼吸）に，H2 はCO2 還元に立つことを期待します。

に不足するH2 は，外部からのH2O補給に頼ることむすびになります。CO2 還元によるもう一つの生成物でリーマンショック以降，先端研究は全体的に縮ここまで，CO2 還元の主生成物が CH4 である場

宇宙研との水素─二酸化炭素燃料電池の共同研究
は，近未来から中長期のテーマとして夢のある技生されます。また，副生物の種類と量は，使用す術開発になると期待されます。
最後になりましたが，本研究は宇宙研との共同ます。そこで次に，生成物にメタノール（CH3OH）

研究により現在も継続中です。また本研究の一部を想定した別のシステムを図3左下に示します。

は，科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業

図3左下のCO2 還元とH2O電解は，図3左上と同じですが，生成するCH3OHは別の燃料電池の電解質

図3 燃料電池を利用した次世代空気再生システム

小を余儀なくされているようです。その中にあって，合について述べてきましたが，ほかの還元体も副る電極触媒と燃料電池の運転条件によって異なり

O2る必要があります。ここまでの各反応に関与して

図3 左上に，（2）式に基づくCO2 還元と，そのあるCH4 は，システムの外へ排出します。

正極

やかに進行させるには，適切な触媒の利用が有効

冒頭で述べたように，人間が活動する宇宙閉鎖

再利用されます。ただし，（2）式を進行させるため

負極を解決する必要があります。一般の化学反応を速次世代空気再生システム

システムについて述べることにします。

H2O術です。つまり，三つのプロセスを合わせることで電池が発電できることが初めて見いだされました。

題もあります。生成物が CH4 以外にも複数種類あ

e-­

H+

FC
CH3OH

e-­

ACT-Cにより実施しました。関係各位に深く感謝
申し上げます。

（うめだ・みのる）
ISAS ニュース No.402 2014.9

3

ISAS 事情
「はやぶさ 2」搭載機器の動作試験
今年の冬に打上げ予定の小惑星探査機「はやぶさ 2」

た中間赤外カメラの電源が ON。その後，探査機の降下のフライト用搭載部品を組み立て，熱環境や振動などのがスタートし（当然ながら衛星は動きません。あくまでも試験を実施し，完成品にするまでの工程である「総合試そのつもり），観測機器は撮像を開始。計画に沿って観験」がいよいよ大詰めを迎えています。総合試験の中で，測プログラムのカウンタが一つずつアップしていきます。

私たちサイエンティストの出番は科学搭載機器の動作確

途中の様子は省略しますが，0 時 35 分すぎには着地して認試験です。ほかのバス機器（通信機や姿勢制御装置な

サンプル収集のための弾丸発射（のつもりの疑似信号）をど）の組み付けや試験などもあるので，搭載機器の動作確認。その後，試験終了シーケンスに入ります。

試験は時間が限られており，我々にとっては大変貴重な

まさに固唾をのむ 3 時間，シーケンスを止めることな
く無事終了。各観測機器は，衛星が収録したデータを取機会です。
搭載機器の動作確認の山場の一つ，「はやぶさ2」の最得して問題ないことを確認。私の手元の手順書のチェッも難しくかつ重要なイベントである「小惑星に着陸し，クシートもすべて問題なし。実にクール！ ここまでうま

サンプルを回収する」をシミュレーションした試験を，6

くいくようになるまでの長い道のりが思い出されます。

月24日に実施しました。その一場面をお伝えしましょう。

機体の組み立ても完了して，8月31日に無事，報道公21時 20 分，着陸シーケンスを開始。これからノンス開を実施しました（表紙）。この後，搭載機器の動作試験がトップで試験が実行されていきます。私は手順書と QL

もう1回残されています。それが無事終われば，開発完了

画面（探査機の状態を監視するモニタ）を見ながらチェッ

審査会を経て総合試験は終了。探査機を種子島に輸送し，クをしていきます。21時 51分，私も開発に加わってきいよいよ打上げオペレーションが開始されます。
（田中 智）

観測ロケット S-310-43 号機打上げ成功
観測ロケットS-310-43号機を内も良く，手際よく準備が進められ，之浦宇宙空間観測所から打ち上げ

23時ちょうどにロケットは轟音ととました。今回の実験は，液体燃料ロ

もに飛び立ちました。本当に液体窒ケットが宇宙空間で慣性飛行する環素入ってるかな，バルブ動くかな，

境を模擬し，極低温の液体の流れとなど打ち上がってからも心配が尽き

熱の伝わり方を観測することが目的ませんでしたが，「液，流れ始めましです。もともと昨年度の冬に打ち上た！」「見たことない流れができていげる予定でしたが，装置に流れる液ます！」などの指令電話越しの言葉

体窒素が必要な状態にならず，改修に不安が一つ一つ解消され，気が付のため延期。その後も次々と新たなけば100 点，いや120 点以上の大トラブルが発生し，改修しては次の成功となりました．液体と気体が混問題発生の繰り返しでした。本当に

S-310-43 号機の頭胴部と PI 班

この夏に打ち上げられるの？という声が聞こえてきましたが，何とか内之浦入りできました。
内之浦でもいろいろ起きるかなと覚悟していましたが，意外とすんなり当初の打上げ予定日を迎えてタイムスケジューと捉えられ，将来の軌道間輸送機など極低温推進剤を効率よく利用する推進システムの開発に必要とされる貴重なデータを得ることができました。
今回の実験では，チーフの更江渉さんはじめJAXA輸送本ル入り。しかし途中から雲行きが怪しくなり，遠くでピカピ部を中心としたPI班の皆さんが長期にわたり大変な苦労を重カしたと思ったら，あっという間に豪雨と落雷警報。安全なねてきましたが，問題を解決するため実験班一丸となって協状態を確保して作業を中断し，天候の回復を待ちましたが，力し合い，成功を手にしました。苦しみも喜びも参加したみ打ち上げは延期となりました。

んなで分かち合える観測ロケット実験はやはり素晴らしいと，

S-310-43号機の後にS-520-29号機と猛烈な台風11号が控えていたため，何としても打ち上げたい8月4日。天候4

ざり合った二相流の状態もはっきり

ISAS ニュース No.402 2014.9

しみじみ感じました。関係したすべての皆さまにお礼申し上げます。更江さん，次は液体水素でやる？

（野中 聡）

観測ロケット発射装置完成，S-520-29 号機打上げ成功
6月末，内之浦宇宙空間観測所に35年ぶりに新しい観測ん。しかし，この条件がロケット発射装置（新型ランチャ）が完成しました。8月17なかなか満たされず，3回

日には，初めてこの新型ランチャを用いて，観測ロケットの延期の末の打上げとな

S-520-29号機が打ち上げられました。搭載機器の観測結りました。これまで新型ラ

果は別の号での報告を予定していますので，そちらをお待ち

ンチャについて各種試験ください。

を実施し，機能・性能に

新型ランチャと旧型ランチャの変更点は大きく2つあり問題のないことを何度もます。1つ目はロケットの搭載方式をロケットつり下げ型

確認してきました。しかし，に変更したこと，2つ目はランチャを自走式から固定式に

実際のロケットを使った

変更したことです。従来はS-310 型ロケットとS-520 型

打上げ試験は実施できなロケットはそれぞれ別のランチャを使用して打ち上げられいため，S-520-29 号機打ていました。今回の変更により新型ランチャでは両方のロ

上げはランチャ開発担当

ケットの打上げができるようになりました。また，ランチャ者たちにとって神経が張に搭載されたロケットへのアクセス性や装置の機能拡張性

り詰める思いでした。4 度が向上しました。

目の挑戦でロケットが打

今回，新型ランチャの初号機となったS-520-29 号機の新型の観測ロケット発射装置とS-520-29 号機と筆者

ち上げられ，飛翔正常の打上げ条件には，天候と観測の 2 つがあります。観測条

報告を受けた瞬間は本当にホッとしました。今後は，すべ件は，スポラディックE 層という突発的に発生する電離層ての観測ロケットの打上げを新型ランチャで行います。初が出現していることです。天候条件と観測条件の両方が号機運用の結果を反映し，長期間運用できるように維持し満たされている間にロケットを打ち上げなければなりませていきます。

（下瀬 滋）

観測ロケット S-3 1 0-4 3 号機，研修奮闘記「宇宙科学と 大 学 」 の お 知 ら せ

普段，国際宇宙ステーション

いただきました。打上げの一連のの「きぼう」日本実験棟で行わ作業を自分の目で確かめることがれている実験の運用や実験装置できたことは，小型ロケットならの開発に携わっている私にとっではの貴重な経験だったと思いまて，ロケットはまったくの未知の

す。

領域です。
「知らないものを知り試験中，実験装置の不具合やたい！」という純粋な気持ちのほ

調整不足もありましたが，そのたかに，「微小重力実験の場としてびに皆で集まり，各分野の担当の観測ロケット」に興味を持ち，が議論を重ね，即座に対応が取実験機器側でなく輸送側の視点られます。そのスピード感には，から見てみようと，観測ロケット
S-310-43 号機の打上げ研修に参加しました。

打上げ前のロケット（左）と打上げ後のランチャ（右）。
黒いすすに目を見張る。

5月に行われた相模原での噛合せ試験からロケットラン

年齢に関係なく一丸となってつく
り上げていこうという気概を感じ，組織の柔軟性の違いに良い刺激を受けました。

チャ班に所属し，機体組み立てや動作チェック，ランチャま

悪天候で打上げが延期された際は，激しい雷雨の中，すでわりの配線取り回しなどに携わりました。実物のロケットは図にランチャドームに設置されていたロケットの安全を確保し面から想像していたものとまったく異なり，新しい発見があた後，ずぶ濡れになって退避しました。緊急性を要する事態

るたび，自分で見聞きし手を動かすことの重要性をあらためでも冷静に対処するベテラン陣の判断力など，見習いたい人て痛感しました。作業の合間には，ほかの班の仕事も見せてやものにたくさん出会えた研修でした。

ISAS ニュース No.402 2014.9

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ISAS 事情
実際の打上げの迫力は言わずもがな。その後のクイックレ

奮闘というよりは，目の前のイベントに日々食らいついて

ビューで先生方の興奮した報告を聞いているうちに実験側のいくのに必死だった気がしますが，得られたものは計り知れ

求める打上げができたことが分かり，自然と安堵感が広がりず。次は実験の当事者として観測ロケットに関われるよう，ました。

まい進していきたいと思います。

（田丸晴香）

第 13 回「君が作る宇宙ミッション」開催「 宇 宙科学と大学」のお知らせ

8月4日から8日まで，高校生向ける班もありました。どうすれば高校生

体験イベント「君が作る宇宙ミッショの頭を最大限に回転させ，限られたン」（きみっしょん）が相模原キャンパ

時間の中で個性的なミッションを練りスで開催されました。きみっしょんに上げていくことができるかは，きみっ

ついては毎年この欄でも報告していしょんの永遠の課題です。運営スタッ

ますが，高校生が1週間泊まり込み

フも，さらに良いきみっしょんが実現

で宇宙ミッションの検討・立案作業するように努力を続けていきます。

を行い，それを通して研究者としての

宇宙研 OB の先生と議論する高校生

きみっしょんは，1週間で終わりではありません。有志は，来年春の日

基本的態度「自ら考え・自ら決定し・
自ら作業する」を学ぶというものです。今年も，北は青森から南

本天文学会ジュニアセッションに向けて，ミッション検討を続けは福岡まで，作文選考で選ばれた24名の高校生が，大学院生ます。帰宅直後から活発な議論が始まっている班もあるとのこ

スタッフのアドバイスのもと，ミッション立案に取り組みました。

と。それぞれのミッションをさらに発展させていくことを期待し今年のきみっしょんでは，例年大きな時間を費やしているテーマています。そして何よりも，参加者の今後の進路に，きみっしょ

選定を加速し，技術的検討にしっかり時間をかけるという狙い

んの経験が生かされていくことを期待します。

で，テーマの方向性（天体観測，生命探査，月面基地，長期有

きみっしょんの実施に当たっては，宇宙科学振興会の援助を人航行）をあらかじめ与えてのスタートでした。しかし，張り切っ頂きました。また，講義・見学対応・議論へのアドバイス，運て難しいテーマを選んでしまったためか，かえってそれを消化す

営支援など，さまざまな形でご協力いただきました職員・関係者

るのに時間がかかってしまい，時間切れになってしまった感のあの皆さまにお礼申し上げます。

（山村一誠）

第 11 回 アジア大洋州地球科学連合大会「宇宙科学 と 大 学 」 の お 知 ら せ

夏の北海道といえば，青い空と広がる大地，爽やかな風とお参加者数はまだ発表されていませんが，事前登録者数は初め

いしい海の幸・山の幸，さらに札幌では大通りの広々としたビて3000名を超え，AOGSの大会としては過去最多だそうです。

アガーデン……。近年ではアジア諸国からも魅力的なリゾート

約80の国と地域から参加があり，多い順に日本，韓国，台湾，地として，多くの観光客がやって来るそうです。
そんな7月の札幌で，第11回を迎える「アジア大洋州地球ポスターセッションに参加する筆者。
奥では一般市民向けに太陽観測衛星「ひので」の紹介が行われている。

6

ISAS ニュース No.402 2014.9

中国，インドでした。欧米とアフリカ大陸からも多くの参加がありました。

すいもんがく科学連合大会（AOGS）」

開催セッションは，大気科学，生命地球科学，水文学，学が 開 催 さ れ ま し た。

際的地球科学，海洋科学，惑星科学，太陽・地球圏科学，固AOGSの大会は毎年夏，

体地球科学の各分野に分かれ，合計で約170（合同セッショ学会事務局のあるシン

ンは1とカウント）でした。私は主に，自分が発表と司会を担当

ガポールとアジア大洋

した惑星科学のセッションに参加して，月周回衛星「かぐや」

州諸国の持ち回りで開のデータを総合的に解析して初めて得られた月の進化モデル

催されています。昨年

や，間もなく打上げ予定の小惑星探査機「はやぶさ2」の観測は初めての南半球オー計画などについての熱い議論に加わりました。

ストラリア，そして今年

次回は，3年ぶりのシンガポールでの開催。アジアの友人とは初めての日本での開の再会や名物のチキンライスを楽しみにしつつ，来年も成果発催となりました。公式の表ができるよう頑張りたいと思います。

（岩田隆浩）

再び宇宙大航海へ臨む「はやぶさ 2」
第8回

近赤外分光計と中間赤外カメラ
岩田隆浩 はやぶさ 2 プロジェクト 近赤外分光計担当
田中 智

はやぶさ 2 プロジェクト 中間赤外カメラ担当

小惑星探査機「はやぶさ2」が目指すのは，C 型の地球近傍小惑星1999JU3です。地球近傍小惑星とは，その軌道が地球軌道と交わるか接近する小惑星のことです。火星と木星の間の小惑星帯を回っている大部分の小惑星に比べると，探査機が地球から少ないエネルギーで到達できるため，探査に有利です。一方，
C 型の Cは炭素のことです。地球に降ってくる隕石には黒っぽい色をした炭素質隕石と呼ばれる種類があり，水や炭素など揮発性の高い成分を多く含みます。ちなみに初代「はやぶさ」が訪れたイトカワは S 型小惑星で，主に石質の成分から成ります。S
型小惑星は地球のような岩石惑星の地殻やマントルを構成する物質の供給源ですが，C 型小惑星は地球の海や生命を構成する物質の供給源と考えられます。C 型小惑星の物質がどのような化
学的・物理的状態なのか，よく分かっていません。手掛かりとなる隕石は，地球大気圏突入時に激しく加熱され，ばらばらに破壊

図 1 振動試験中の近赤外分光計（NIRS3）分光計ユニット
MLI（多層断熱材）取り付け前。2013 年，明星電気にて。

され，また大気に触れて変質してしまうためです。C 型小惑星からのサンプルリターンを行う「はやぶさ2」は，世界で初めてその素性を探査します。
「はやぶさ2」は，小惑星1999JU3に到着後，高度 20 kmのホー
ムポジションに滞在し，まずリモートセンシングによって小惑星の全体像を明らかにします。このとき，2 種類の赤外線観測が重要な役割を担います。一つが近赤外分光計（NIRS3）で，近赤外の分光観測によって小惑星表層の鉱物の水質変成，すなわち鉱物
が水とどのような化学相互作用を受けたかを調べます。もう一つが中間赤外カメラ（TIR）で，小惑星からの熱放射を撮像することによって小惑星表層の温度や熱慣性，すなわち温度に影響を及
ぼす土壌の粒子サイズや岩塊の空隙率がどのような状態にある

図2

中間赤外カメラ（TIR）の検出器部かを調べます。
NIRS3はその名が示す通り，近赤外である波長 3μm 付近の吸成・進化史を理解することにつながります。表層堆積物の分布

収バンドを調べる分光計です。水や氷，あるいは含水鉱物が存から微小重力天体下でのクレータ形成過程（衝突破砕物の堆積状在すると，3μm 付近に吸収が見られます。特に，吸収が最大と態），小惑星上での物質流動について知見が得られます。TIR はなる波長や吸収帯の波形は，物質中に含まれる鉱物や水質変成，

非冷却2次元ボロメータ（NEC製）
を検出器に用い，
ホームポジショ

熱変成の仕方によって異なります。その特徴を地域ごとに詳しくンから16°×12°の広い視野で小惑星全体を，0.05°（約20 m）の観測し，小惑星表層の化学的性質，特に含水鉱物の状態と分布解像度で撮像します。温度範囲は−40 ～＋150℃で，小惑星のを調べます。NIRS3は新規開発の128画素のInAsリニアアレイ（浜

昼面を撮像できます。

松ホトニクス製）を検出器に用い，グリズム（プリズムと回折格子

小惑星表層は太陽風や微小隕石衝突による影響（宇宙風化）やを貼り合わせたもの）によって1.8 ～ 3.2μmを分光観測します。

太陽光照射による加熱を受けています。また堆積物が覆うと，リ

視野角は約0.1°であり，小惑星のホームポジションからの解像度

モートセンシングによる化学的・物理的性質に影響します。そのは約35 mです。

ため「はやぶさ2」では衝突装置 SCIを搭載し，高速度衝突によっ

TIRは小惑星サーモグラフを行う装置で，波長 8 ～12μmの熱て小惑星内部物質を露出させ，化学的・物理的性質を調べます。

赤外放射を2次元撮像します。微小重力下にある始原天体の物質

NIRS3とTIRは赤外観測によって小惑星の素性を調べるだけでの空隙率や圧密度は，よく分かっていません。C 型小惑星は S 型

なく，その観測結果はサンプル採取地点の選定にも役立てます。

に比べて一般に低密度ですが，表層を薄く覆う堆積物だけ空隙

また，小型着陸機 MASCOTとの連携観測も予定されており，太が多いのか，それとも内部の岩塊まで空隙が多くもろい構造なの陽系の始原天体の化学的・物理的性質について理解が深まるでか，低密度の原因を調べることは重要で，衝突合体による惑星形

しょう。

（いわた・たかひろ，たなか・さとし）
ISAS ニュース No.402 2014.9

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流行りの服は嫌いですか？
南部陽介

大阪府立大学 大学院工学研究科 航空宇宙海洋系専攻 助教
超小型衛星 OPUSAT プロジェクト 実施責任者

今から5年前のこと。宇宙研には，サハラ

しかし，システムやチームが大きく複雑に砂漠からの熱く乾いた風のような映画が大なると，こうしたつくり方は難しくなります。

好きな7人の大学院生がおりました。卒業後，人が入れ替わると，頭の中の設計図も失われ彼らはさまざまな業種に就きましたが，再びてしまいます。近年のシステムは，複雑化を集い，BALUS ※という名のソフトウェアの開極め，関係するエンジニアの数も膨大です。

発に取り組んでいます。

人事異動もあります。優秀なエンジニアに良ものづくりの高速道路

BALUS 開発チーム（左から，五十嵐，
弓山，木村，三浦，吉澤，萩原，筆者）

い仕事をしてもらうためにはシステムを理解

私たちにとってBALUSとは，目つぶしのしてもらう必要がありますが，会話ベースで呪文ではなく，システム設計を支援するソフは限界があります。そこで，BALUSです。

たのは，毎年夏休みに行われている高校生

トウェアを意味します。ハードウェア設計に

BALUSでは，システムモデルを中心に，向けの教育プログラム「君が作る宇宙ミッ

CADが導入されて久しいですが，近年，よシステムの設計・開発を行います。システム

ション」，通称「きみっしょん」です。私たり上流のシステム設計もまた，コンピュータ

モデルとは，要素と要素間の関係を表した図

ちはみんな，高校生のミッションづくりをサの支援を必要としてきています。

の集合体です。図を用いる理由は，自然言ポートするスタッフでした。月例会議の後に人工衛星づくりにはチームワークが欠かせ

語よりも俯瞰的に見せることが得意だからでは必ず懇親会があり，日付が変わるころになません。人工衛星には，「地球の写真を撮影す。典型例では，3 種類の図をコンピュータ

ると，いつも話題は宇宙科学や宇宙開発へし，人々に届ける」など多種多様なミッショ

上に描き，共有できるようにします。ミッショの憂いでした。何を話したかは忘れましたが，ンがあります。そして，ミッションを達成すンから定義される要求やサブシステム間の要

熱気あふれる飲み会だったことだけは覚えてるためには，カメラを地上へ向ける，写真を求などを示す要求図，衛星の機能が動作すいます。この飲み会が，BALUSチーム誕生

撮る，地上へデータを送る，発電するなど，る順番などを示す振る舞い図，情報やエネルの下地だったと思います。

さまざまな機能が必要となります。衛星の機

ギーの入出力を示す構造図です。これらの図

世にない新しいものを生み出そうという誘能をそれらの要素に分割し，分担をして同時は互いに関係づいており，タグづけや検索に

いに，二つ返事で応じてくれる友人は多くあ

並行で開発を進めます。そして，それぞれのよる情報の抽出や，過去の図との比較，再りません。今，宇宙研で学んでいる学生たち

要素が完成した後に統合し，人工衛星に組利用なども，お手のものです。

にも，その類いまれなる環境を十二分に利用み上げます。

システムモデルを中心に，要求・仕様・タ

して，自身の価値を高めることはもちろん，

スク管理を行うとともに，双方向のコミュニ

優秀で信頼できる人とのつながりを築いてほは正しく動きません。例えば，カメラが必要

ケーションを行うことで，認識の齟齬をなくしいと願っています。

とする電圧は5Vなのに，供給できる電圧がし，無駄のないシステム開発が可能となると分割と統合をうまくやらないと，人工衛星

将来，子どもたちが宇宙科学を学ぶ機会

3.3 Vだったとしたら，カメラは動きませんよ期待しています。

を失わないためには，優れた研究成果だけね。分割と統合のガイドラインづくりをシス

出会いは，きみっしょん

でなく，研究を支える基盤が必要だと思いまBALUSの開発は，私たちの本業ではあり

テム設計といいます。
大阪府立大学の学生が開発した超小型衛ません。
みんな，普段は大学教員やソフトウェ

星OPUSATの場合，15人程度の小さなチー

アエンジニアをしており，土日や深夜・早朝

ムで衛星づくりをしていました。毎日顔を合を利用して，BALUSの開発を行っています。

わせて議論をし，お互いが開発しているもの

正直，大変です。しかし，この7人で新しいがきちんと統合できるように調整しながら開ものを生み出す活動自体が楽しいということ

発を進めていました。設計図は頭の中にしかと，BALUSは絶対世の中の役に立つというありませんでしたが，何とか宇宙で動くもの

確信が，私たちを支えています。

をつくり上げることができました。

意外と広い宇宙研の中で私たちをつなげ

ISAS ニュース No.402 2014.9 ISSN 0285-2861
発行／独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所
発行責任者／ ISAS ニュース編集委員会 委員長 山村一誠
〒 252-5210 神奈川県相模原市中央区由野台 3-1-1

す。BALUSがそうした基盤の一端を担えれば，存外の喜びと考えています。
（なんぶ・ようすけ）※ BALUS：Browser-based Assisted Library Universal
System-design application
BALUS（バルス）は，もともと映画『天空の城ラピュタ』に登場する呪文。この記事のタイトルも同映
画のセリフから。また，「サハラ砂漠からの熱く乾いた風」をイタリア語で GHIBLI という。BALUS についてより詳しい情報をお求めの方は，BALUS のWEB ページ（http://balus.me）をご覧ください。

きみっしょん，観測ロケット，「はやぶさ 2」の関係者の皆さ
まは，“熱い” 夏を送られたことと思います。私は角田宇宙センターにて再使用観測ロケットエンジンの試験で暑い夏を過ごしました。
高校野球も熱かったなぁ。
（小川博之）
編集後記

TEL: 042-759-8008

本ニュースは，インターネット（http://www.isas.jaxa.jp/）でもご覧になれます。
デザイン／株式会社デザインコンビビア 制作協力／有限会社フォトンクリエイト

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