Wish it, Dream it, Do it
ー 宇宙開発利用を支える宇宙科学 ー	

宇宙航空研究開発機構・宇宙科学研究所 	
藤井 孝藏	1
シンポジウム「宇宙にひろがる人類文明の未来」,，京都大学 2-1-2014	

平成22年6月13日

オーストラリアの砂漠に掲載不可	

写真：山根一眞チームの撮影による	2

そもそも宇宙科学って？

http://b612.jspec.jaxa.jp/hayabusa2/
gallery.html	

http://www.ir.isas.jaxa.jp/SPICA/
SPICA_HP/challenge.html	

http://b612.jspec.jaxa.jp/
hayabusa2/gallery.html	

宇宙科学“宇宙科学”
ロケット
科学衛星
探査機？
科学衛星や探査機を利用した天文学や宇宙物理学？

3

宇宙科学は宇宙開発利用を先導してきた

ペンシルロケット 1959

おおすみ 1970

宇宙研は1959年にペンシルロケットの飛翔により日本の宇宙開発への第一歩を踏み出し，続いて1970年に日本初の人工衛星「おおすみ」を打ち上げた．1980年に宇宙科学研究所として東京大学から分離，さらに2003年には宇宙3機関統合により，（独）宇宙航空研究開発機構内の一組織になった．	
教育職150名，一般職100名程度の組織で，学術組織の形態を維持しながらボトムアップによる宇宙科学を推進している．	
4

宇宙科学の変遷：科学衛星・探査機の対象は時々に変化

打ち上げ機数

観測分野別の打ち上げ実績	
（のべ機数）	

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  !

ボトムアップ = 大学共同利用システムによる大学との協同	l 科学観測対象は厳しい競争の中で宇宙科学研究者コミュニティが選抜．衛星/探査機の開発もJAXAのみで行われるのではなく，大学との連携で進められる．
l 宇宙研は（ロケット，）科学衛星，探査機の開発拠点として位置づけられている．	

新しい分野を生み出し続ける面白さと難しさ	

5そもそも宇宙科学って？

http://b612.jspec.jaxa.jp/hayabusa2/gallery.html	

http://www.ir.isas.jaxa.jp/SPICA/
SPICA_HP/challenge.html	

http://b612.jspec.jaxa.jp/hayabusa2/gallery.html	

宇宙科学：宇宙理学および宇宙工学の学理とその応用に関する研究
宇宙科学
ロケット

科学衛星

探査機？

l ときどきの時代の要請からダイナミックにその主な対象を変化させる	

6

ご存じ，探査機「はやぶさ」

提供 JAXA	

7

はやぶさ：の隠れた技術例
小惑星の表面はどんな物質かわからないが，確実にサンプルが採れること	
重力のない場でのターゲットマーカー	

サンプル採取	

重力のない場を想像する	

「お手玉」	
提供 JAXA	

とりもち，弾丸	＋	
サンプラーホーン	8「はやぶさ」からサイエンスの魅力を考える
単なる科学ミッションを越えて社会現象に	はやぶさが国民的な喝采を受けた理由は？	
•世界初の小惑星サンプルリターン	

•

惑星探査では初級者の日本が実現	

•

未知との遭遇への期待感	

•乗り越えた数々の試練	

•

散り際の美しさ	•

擬人化された探査機	

「フロンティア」科学の視点で再整理すると	キーワードは： 夢，挑戦，冒険，極限環境，先端技術，．．．．．．	
高い技術力に支えられた困難への挑戦，リスクをとる覚悟，難しい状況での優れた判断，．．．．．．	

9

「はやぶさ」３つの娯楽映画

掲載不可	

各映画会社ウェブサイトなどより拝借	

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  宇宙科学：  フロンティアに挑戦する際の課題

Ø 高い費用にもかかわらず存在する高いリスク	
• 一発勝負のものづくり＝One “strike”, and you are “out”. 	

Ø 国民の理解と支援	
• 小惑星探査機「はやぶさ」と火星探査機「のぞみ」の違いは？	

Ø 若手育成と知識の伝承の必要性と展望	
• 例えば，イカロスのような小型技術実証プロジェクト	

11２つの探査機

12
提供 JAXA	はやぶさ：のぞみとの違いは紙一重
小惑星探査機「はやぶさ」	

2003年5月9日打ち上げ MUSES-C (M-V-5)	

火星探査機「のぞみ」	

1998年7月4日打ち上げ PLANET-B(M-V-3)	
逆流抑止バルブ	（事故報告による対策）	

2004.05

パワー地球スイングバイ	

1998.82005.09

イトカワに到着	

1998.12 地球スイングバイ	

2005.10 2基目のホイール故障	
2005.11 第２回タッチダウン	
燃料もれによる姿勢喪失，ホイール故障	
2005.122006.01

通信喪失	
地上局間の通信回復	

帰還を3年延期し，2010年6月帰還予定に変更	

2009.11 イオンエンジン異常	
2010.06 地球帰還，カプセル回収	

月スイングバイ	

スラスターバルブ不具合による推力不足，軽量化の工夫として飛翔コース変更によって燃料過剰消費	の共通電源系	

新たな軌道の模索	

火星到着を1999.10から2004.1に変更	

2002.4.22 最大規模の太陽フレア	
通信系・熱制御系に不具合	
2003.12 共通電源系回復断念，火星周回軌道への衝突を避けるための軌道変更コマンド	
2003.12 火星重力圏を脱して太陽軌道の人工衛星に	
恐るべき旅路：松浦晋也氏著書	
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予算，人員の制限：工学試験，科学観測という探査機2機構成は望めない．
重量：ぎりぎりを狙う
失敗へのリスク：複数分野の競争で成り立っているので，失敗すると次にチャンスはいつ来るかわからない．	

Ø

「はやぶさ」への喝采を引き継ぐものは「はやぶさ２」だけ？
l

挑戦的な工学が求められているのではないか．

l

はやぶさも提案時はリスクが高いという批判があった．

l

話題は大きな要素だが，それに大きく左右されずに，短期的でなく，長期的な活動への理解が本当の道を開く．
14

その先への挑戦

小型ソーラー電力セイル実証機（IKAROS）	

平成22年5月21日金星探査機「あかつき」
とともに打ち上げ	

15
提供 JAXA	大型膜面の展開・展張（カメラ画像）

掲載不可	

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ミッション

IKAROSが成し遂げた４つの世界初  １．帆を張り，維持すること  ２．薄膜太陽電池による発電  ３．ソーラーセイルによる加速  金星

４．航行技術（姿勢・軌道制御）の獲得  フルサクセス達成（半年間）
ミニマムサクセス達成
（数週間）

地球

⑤ ソーラーセイルによる	軌道制御・航行技術（12月）		
④ ソーラーセイルによる	加速実証（7月9日）	

① H-IIA打ち上げ（5月21日)	
② 初期チェック	
太陽指向・スピン分離(5rpm※)	
スピンアップ（25rpm）	

③ ソーラーセイルの展開（2.5rpm）（6月2～9日）	
薄膜太陽電池による太陽光発電（6月10日）	
スピンレート調整（1-2.5rpm）	
※rpm= rounds per minute	

ミニマムサクセス相当：大型膜面の展開・展張，電力セイルによる発電
フルサクセス相当：ソーラーセイルによる加速実証・航行技術の獲得	 
17
提供 JAXA	それ以外の宇宙科学WG活動から
火星探査航空機WG

磁気プラズマセイルWG

18

火星に飛行機を飛ばすのは大変！

11 2
LL== ρ u SC
SCLL
22

火星大気
気体密度：地球の1/100
重力加速度：地球の1/3
音速  ：地球の2/3
気体種:  CO2
突風の存在：  20m/s

機体重量を支える揚力が必要	

揚力	mgWW==mg(ガスト)

1 2
L = ρ u SCL
2

ラジコン飛行機を火星で飛ばすためには	・離陸重量を50gに	・巡航速度を171m/s(M=0.66)に	・翼幅を46mに	・３３倍の揚力係数をもつ翼形状を開発	

加えて，低レイノルズ数流れという課題がある．	

19

火星環境での優れた翼は予想外！

B.V. Laitone , Experiment :Re=2.07 ×104 AIAA Journal, 1996	 

低レイノルズ数では薄翼が良いのは何故？	 
線形な特性はポテンシャル流れ？	 

20

火星飛行機(気球実験機）の設計【主翼構造の軽量化検討】	
【機体設計】	

【航法誘導制御】	

21
提供 火星探査航空機WG	

結局，翼の形は？

やまめ工房

http://yamame-studio.com/about	

22

別の視点で：探査機は小さな巨大複雑系システム
ll

l

l

社会にはたくさんの巨大複雑系システムがあり，人々の社会生活を支えている．
このようなシステムには予めその境界を明確に定められないものも少なくない．
また，実際の利用が境界を変化させたり，広げたりすることがあり，それがシステムの「破綻」につながる．
惑星探査機は，まさにこれが凝縮された小さなシステムである．

宇宙科学は，宇宙の人材育成の場であるとともに，どんな分野にも応用可能な工学的な考え方を学び，実践する素晴らしい場である．

23

ちょっと話題を変えて24

進む宇宙利用  －まずはスペースツーリズムからØ  宇宙旅行に関わるビジネスが数年で大きく花開く．
Scott Hubbard（Stanford大学教授，前NASA Ames R. C. 長官）	Ø Galactic Suites Project	
宇宙ホテルを450kmの高度に打ち上げる．旅行者はカリブ海の島から宇宙船に乗り，宇宙ホテルに３日間滞在．ハイブリッドロ
ケットエンジンで乗員２名，乗客４名．一人約５億円．運営は2013年から．（浴室が最大の挑戦） 	
Xavier Claramunt （建築家） 	
http://www.galacticsuite.com/	Seoul Digital Forum May 6-8, 2008IMAGINATION Explore T.I.M.E. Space and Beyond	
http://www.seouldigitalforum.org/en/index.sdf	

25

宇宙の利用じわじわと生活に関わってきている（でもまだまだ理解不足）「テレビで雲の動きが見られるのに何で気象衛星がいるんだ？」とNASA長官に質問した米国の政治家がいた．	
William F. Ballhaus Jr.（元NASA Ames R. C. 長官）	急激に宇宙空間利用は進みつつある
今後20年の「想像や発明」はこれまでの100年を凌駕するペースで進むだろう．	
Raymond Kurzwell (Inventor & Futurist) 	

掲載不可	

掲載不可	
Spaceship one
2004年9月29日	
Spaceship two	

http://www.scaled.com/	

すでに20回近い飛行試験	

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これからの宇宙科学Ø 短期的な観点	
l 大きな成果をあげてきた宇宙からの天文観測研究を継続しつつも，”宇宙利用の拡大と自律性の確保”という観点も含めて，今後は惑星探査（太陽系考古学，惑星形成論，生命進化論，比較惑星環境論，固体惑星内部論などなど）が大きく花開くだろう．
l まずは，イプシロンロケットの増強による惑星探査を可能とする軽量化，小型バス等の研究などが課題	Ø 長期的な観点	
巨大化する宇宙望遠鏡	

大型化の流れを変える宇宙科学	

修理の効かない衛星・探査機	

地上でできることを宇宙でも	チャレンジングな輸送系開発	

輸送系は衛星・探査機計画の牽引力	

コストは一品もの，巨大な人件費	

情報技術，ソフトウェア技術の積極活用	

革新的な低価格化，超小型化，高信頼性かは本当に難しいのか？	

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ペイロード（衛星・探査機）はロケットのほんの一部

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提供 JAXA	終わりに

宇宙科学は宇宙開発利用全体を先導
これからは太陽系探査が面白い．リスクと期待感．
探査機は巨大複雑系システムの縮図
宇宙は近くて遠い．でも身近になるのはもうすぐそこ．
コンピュータが世界を変えつつある．宇宙開発も同じ．
宇宙が当たり前の環境で地球上が特別，そんな時代が来る．

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興味があれば30