第26回

⽉惑星に社会を作るための勉強 2022/11/28

⽉⾯開発における地盤⼯学の貢献〜宇宙建設⼯学の創成に向けて〜

⽴命館⼤学 理⼯学部 環境都市⼯学科
⼩林 泰三（ kobat@fc.ritsumei.ac.jp ）ご質問等あればお気軽にご連絡ください。

社会インフラ整備と地盤⼯学

222⼟質⼒学 Soil Mechanics
⼟圧問題(Earth pressure)

斜⾯安定問題(Slope stability)

⽀持⼒問題(Bearing capacity)

⼟圧を⽀える擁壁

地震による斜⾯崩壊と復旧対策

⼟圧を⽀える擁壁
荷重を⽀える基礎地盤

Ｂ

擁壁の崩壊メカニズム

基礎地盤の破壊メカニズム

Coulomb/Rankineの⼟圧式

Terzaghiの⽀持⼒式

11   P  H 2 K  H 2 tan   22
4 2

1q f  B  N   c  N c    N q2Fellenius等の分割法
3 c l  W cos   u l  tan  F 
W sin i iiii iiisiii

3

地質・地盤リスクマネジメント
地盤の不確実性をどこまで低減できるか？

国⼟交通省 地質・地盤リスクマネジメントのガイドライン-参考資料より抜粋 4

“実際に⾏ってやってみないと分からない”からの脱却• これまで違って、重⼒天体下での活動では、レゴリスと接触する作業が多々⾒込まれる。
• 探査ロボット・観測機器の設計・運⽤、将来の基地建設に向けた⼟⽊設計には、レゴリスの挙動予測（⼟質⼒学・地盤⼯学的検討）が不可⽋。
• ⽉⾯は未解明な点が多く，多くの不確実性（地質・地盤リスク）が残されている。
• 持続的な探査、⽉⾯開発を実施していくためには、⽉⾯の地質・地盤リスクアセスメント（地盤調査）、地質・地盤リスクマネジメントの地盤⼯学的スキームの構築が必要。

©NASA

©JAXA

©JAXA

©JAXAリモートセンシング探査

着陸無⼈探査(2020以降)

有⼈活動(20XX以降)

5

Apollo計画 (1961-1972)“That’s one small step for [a] man,one giant leap for mankind”「これは、⼀⼈の⼈間にとっては⼩さな⼀歩だが、⼈類にとって⼤きな⾶躍である」

Apollo 11 Lunar Module (1969)66

アポロ計画におけるSoil Mechanics Studies（アポロ計画で分かったこと）
Lunar Sourcebook, Chapter 9: Physical Properties of the Lunar Surface
W. D. Carrier III, G. R. Olhoeft and W. Mendell
https://www.lpi.usra.edu/publications/books/lunar_sourcebook/7⽉レゴリス
アポロ宇宙⾶⾏⼠の⾜跡

リターンサンプルの拡⼤写真（1mmふるい残留試料）

アポロ12号宇宙⾶⾏⼠が撮影したサーベイヤー3号の着陸機パッド

8⽉の地殻の断⾯構造（深いところで10〜20m）

地盤⼯学会誌69(5), 2021

講座「宇宙探査と地盤⼯学」 第3章より

9

アポロ計画の⼟質調査/

コーン貫⼊試験を実施する宇宙⾶⾏⼠• Particle size, Particle shape• Specific gravity• Bulk density and Porosity• Relative density• Compressibility, Cc, Cr• OCR, maximum past pressure• Strength parameters, c, 
• Permeability, diffusiabity• Ultimate bearing capacity• Allowable bearing capacity• Slope stability• Trafficability

10trafficbility

slope stabitily

allowable static
bearing capacity

allowable dynamic
bearing capacity

ultimate dynamic
bearing capacity

permeability,diffusivity

ultimate static
bearing capacity

strength parameters,c, ○○relative density

compressibility,
Cc, Crcoefficient ofearth pressure
at rest
OCR, maximum
past pressure○○bulk densityand porosity

specific gravity

○
○○

○

○

○
○
○○

○

○

○○

○○

○○

○○
○○

○

○○○

○

○

○○

○○

○○

○○○

○

○

○

○

○

○

○

particle size,
particle shapes
○

○
○
○○

01/02/59
09/12/59
10/04/59
01/26/62
04/02/63
04/23/62
10/18/62
01/30/64
07/28/64
02/17/65
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06/08/65
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10/04/65
12/03/65
01/31/66
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12/21/66
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11/07/67
01/07/68
04/07/68
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11/10/68
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08/08/69
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02/14/72
04/16/72
12/07/72
01/08/73
05/29/74
10/28/74○○○○

Luna 1Luna 2Luna 3Ranger 3
Luna 4
Ranger 4
Ranger 5
Ranger 6
Ranger 7
Ranger 8
Ranger 9
Luna 5Luna 6
Zond 3
Luna 7Luna 8Luna 9
Luna 10Surveyor 1
Lunar Orbiter 1
Luna 11
Luna 12Lunar Orbiter 2
Luna 13
Lunar Orbiter 3
Surveyor 3
Lunar Orbiter 4
Explorer 35
Lunar Orbiter 5
Surveyor 5
Surveyor 6
Surveyor 7
Luna 14
Zond 5
Zond 6
Apollo 8 (G)Apollo 10 (G)Luna 15
Apollo 11(H)Zond 7
Apollo 12 (H)Luna 16
Luna 17
Apollo 13 (H)Zond 8
Apollo 14 (H)Apollo 15 (J)Luna 18
Luna 19
Luna 20
Apollo 16 (J)Apollo 17 (J)Luna 21
Luna 22
Luna 23○○○○○○○○○○○○○○○○○
○○○○

○

○○○○

○○
○○○

Launch data

○○

○
○
○
○○

○
○
○
○
○

○
○○
○

○○○○○○○○○

○
○

○○○○
○○○
○○

○

○○○○○○○○○○○○

○

○

○
○
○○

○○
○○

Mission○○solar wind studies

soil mechanics studies

photographyradiation environment
stidiessample returned
to Earthselenodesy
measurements

meteoroid studies

○

○

○○○

○

dust analysis

surface-based
geophysics

surface chemistrychemical mappingfrom orbit
○

○
○○○
○

○
○

○

first lunar flyby
first lunar impact
first photo of lunar farside
missed the Moon by 36,793 kmmissed the Moon by 8,500 km
crashed on the lunar farside
missed the Moon by 724 km
impact lander; television failed
impact lander
impact lander
impact landercrashed on the Moon
missed the Moon by 161,000 km
photographed lunar farsidecrashed on the Moon
crashed on the lunar farside
first lunar soft landing
first lunar satellite
first soft-landed robot laboratory
lunar satellite
lunar satellite
lunar satellite
lunar satellite
soft landing on the Moon
lunar satellite
soft-landed robot laboratory
lunar satellite
lunar satellite
lunar satellite
soft-landed robot laboratory
soft-landed robot laboratory
soft-landed robot laboratory
lunar satellite
first lunar flyby and Earth return
lunar flyby and Earth return
first humans to orbit the Moon
first docking maneuvers in lunar orbit
crashed on the Moon
first humans on the Moon (07/20/69)
lunar flyby and Earth return
second human landing on the Moon
first robot sample return (100 g)
first robot rover (322 days, 10.5 km)
aborted human landing
lunar flyby and Earth returnthird human landing on the Moon
fourth human landing on the Moon
crashed on the Moon
lunar satellite
second robot sample return (30 g)
fifth human landing on the Moon
sixth human landing on the Moon
robot lunar rover (139 days, 37 km)
lunar satellite
failed robot sampler
third robot sample return (170 g)○

01/02/59
09/12/59
10/04/59
01/26/62
04/02/63
04/23/62
10/18/62
01/30/64
07/28/64
02/17/65
03/21/65
05/09/65
06/08/65
07/18/65
10/04/65
12/03/65
01/31/66
03/31/66
05/30/66
08/10/66
08/24/66
10/22/66
11/06/66
12/21/66
02/05/67
04/17/6705/04/67
07/19/67
08/01/67
09/08/67
11/07/67
01/07/68
04/07/68
09/14/68
11/10/68
12/21/68
05/18/69
07/13/69
07/16/69
08/08/69
11/14/69
09/12/70
11/10/70
04/11/70
10/20/70
01/31/71
07/26/71
09/02/71
09/28/71
02/14/72
04/16/72
12/07/72
01/08/73
05/29/74
10/28/74
08/09/76○Luna 1Luna 2Luna 3Ranger 3
Luna 4
Ranger 4
Ranger 5
Ranger 6
Ranger 7
Ranger 8
Ranger 9
Luna 5Luna 6
Zond 3
Luna 7Luna 8Luna 9Luna 10
Surveyor 1
Lunar Orbiter 1
Luna 11
Luna 12Lunar Orbiter 2
Luna 13
Lunar Orbiter 3
Surveyor 3
Lunar Orbiter 4
Explorer 35
Lunar Orbiter 5
Surveyor 5
Surveyor 6
Surveyor 7
Luna 14
Zond 5
Zond 6
Apollo 8 (G)Apollo 10 (G)Luna 15
Apollo 11(H)Zond 7
Apollo 12 (H)Luna 16
Luna 17
Apollo 13 (H)Zond 8
Apollo 14 (H)Apollo 15 (J)Luna 18
Luna 19
Luna 20
Apollo 16 (J)Apollo 17 (J)Luna 21
Luna 22
Luna 23
Luna 24○

Accomplishment○○

Launchdata○

Missionatmosphere andiron studies

アポロ計画の観測項⽬

11

粒度

Percentage passing (%)

10080

Lunar soil simulant (FJS-1)
Toyoura sandRange of lunar samples• 平均粒径：70 m• 中央値：40～130 m• 大半が1mm以下• 全体の10～20%：20m• 粗粒砂(2.0～4.75 mm)：2%• 中粒砂(0.425～2.0mm)：14%• 細粒砂(0.074～0.425mm)：33%• シルト(0.074mm以下)：51%

60

40

200-310-210-1

10Particle size (mm)01011012

⽐重・かさ密度
⽐重

https://www.lpi.usra.edu/publications/books/lunar_sourcebook/

Recommended typical value: 3.1

かさ密度

⽞武岩の鉄

相対密度

13

⽉サンプルの圧縮試験⇒構造物の沈下量予測
https://www.lpi.usra.edu/publications/books/lunar_sourcebook/
12Column load
Q = qB2

Settlement, d [cm]

101m

8B

Lunar soil is assumed to benormally consolidated:
Cc = 0.05

6dliepApqs,sestr=k50

q4Pak= 20

q=1Pa0 kPa

2012

3

45

Footing width, B [m]圧縮試験によって得られたe-logp曲線

⽉⾯構造物の沈下量予測  ij   j 
H j log 
圧縮の最終沈下量予測式： d  j 1 1  e j
  ijnCj

14

⽉サンプルのせん断試験⇒強度定数（c, ）
直径 5 mm×深さ 5mm
質量：1.3 g !!

直径 50 mm
⾼さ 100 mm

地上で⽤いる⼀般的な試験装置

Carrier and Jaffe, et al.(1972)

Scott (1987)15

⽉レゴリスの強度定数⇒⽀持⼒、⼟圧、斜⾯安定
https://www.lpi.usra.edu/publications/books/lunar_sourcebook/

強度定数（c, ）のBest Estimate
深さ(cm)

粘着⼒ c (kPa)

内部摩擦⾓ (deg)
平均
範囲

平均

範囲

0－15

0.52

0.44 〜 0.62

42

41 〜 43

0－30

0.90

0.74 〜 1.1

46

44 〜 47

30－60

3.0

2.4 〜 3.8

54

52 〜 55

⽉⾯⼈⼯斜⾯の限界⾼さ
16⽉模擬⼟（レゴリスシミュラント）を⽤いた地上研究

17

レゴリス／レゴリスシミュラント

アポロが持ち帰った⽉レゴリス

0.2 mmレゴリス シミュラント（⼈⼯⽉⾯模擬⼟）FJS-1 produced by 清⽔建設

0.2 mm18

地上砂と⽉⾯⼟、⼟要素レベルでの違い
200

豊浦砂

FJS-13 = 49.1 kPa

軸差応力 1-3 (kPa)

豊浦砂

中詰め（Dr50%）

150

3 = 24.5 kPa

100

3 = 2.0 kPa

500024

3 = 5.9 kPa

3 = 11.8 kPa

6810軸ひずみ 1 (%)

FJS-1

300

FJS-1

豊浦砂
軸差応力 1-3 (kPa)250
3 = 49.1 kPa

200
150

密詰め（Dr80%）

3 = 24.5 kPa

100
3 = 11.8 kPa

3 = 5.9 kPa

500

3 = 2.0 kPa

0246軸ひずみ 1 (%)

81019

低重⼒場におけるレゴリスの挙動
Parabolic Flight ExperimentMitsubishi MU‐300

放物線⾶⾏の間（⾼低差：約3,000m）、20-40 秒の低重⼒場が実現する

20⽀持⼒は理論通り重⼒に⽐例するのか？
1Terzaghiの⽀持⼒公式︓ qu  cN c  p0 N q   gBN2Displacement
Gear box
SupportBeltRod screw
22

Load cell
Model footing
20 mm

Soil box

Normalized settlement, S/B (%)

0Guide rod

0100

200

300

400

102030400g
1/6 g
1/2 g
3/4 g
1g
2g

500

00100

200

地上砂（豊浦砂）

300

400

500

10203040

Mitsubishi MU‐300
5050400 mm

Load intensity, q (kN/m )Load intensity, q (kN/m )Stopper

Normalized settlement, S/B (%)

Motor0g
1/6 g
1/2 g
3/4 g
1g
2g

⽉⾯模擬⼟（FJS-1）

T. Kobayashi, et. al, Bearing capacity of shallow foundations in low gravity environments,Soils and Foundations, 49(1), 115‐134, 200921⽀持⼒は理論通り重⼒に⽐例するのか？
豊浦砂（地上砂）(a-1)
豊浦砂

地盤反⼒係数地盤反力係数, k (kN/m3)

150

150

Dr = 60 %Dr = 90 %100(a-2)シミュラント
月シミュラント

100

50

50

00.0g

0.5g

1.0g

1.5g

2.0g

00.0g

0.5g

重力レベル (m/s )極限支持力,qu (kN/m2)

極限⽀持⼒

1.0g

1.5g

2.0g

重力レベル (m/s2)

2300

Dr = 60 %Dr = 90 %

豊浦砂（地上砂）
豊浦砂(b-1)
Dr = 60 %Dr = 90 %

600
500(b-2)シミュラント
月シミュラントDr = 60 %Dr = 90 %

400

200300
200

100

100
00.0g

0.5g

1.0g

1.5g

重力レベル (m/s )
2

2.0g

00.0g

0.5g

1.0g

1.5g
重力レベル (m/s2)

2.0g

22

圧縮性 ⇒ 破壊モード ⇒ 重⼒依存性
粘着⼒項

Passive failure zone

Active failure
zone

Transitional zone

上載圧項

⾃重項

1q  cN c  p0 N q  gBN 2
地盤の圧縮性の違い（⼟の特殊性）全般せん断（豊浦砂：⾮圧縮性）

破壊領域（破壊モード）の違い
Active failurezone

Transitionalzone

局所せん断（レゴリス：圧縮性）

内部消散エネルギーの違い
重⼒依存性の違い（重⼒の影響）23

Sprit on Mars got stuck in a sand trap in 2009

24

剛性⾞輪
質量 10 kg
⾞輪径 15 cm
⾞輪幅 8 cm

⽉⾯模擬⼟25

⾞輪⾛⾏：低重⼒は敵か味⽅か
1G
W=1.67 kgf

1G
W=20 kgf

1/6 G
W=1.67 kgf

2G
W=20 kgf

地上実験

航空機実験
T. Kobayashi, et. al, Mobility performance of a rigid wheel in low gravity environments, J. Terramechanics, 47(4), 261‐274, 2010

⽉⾯地盤調査装置の開発• JAXA ⽉探査計画SELENE-2 ⽉⾯地盤調査装置LSM• JAXA ⽉極域探査計画LUPEX ⾮接触⽔分計MGRIS• JAXA ⽉極域探査計画LUPEX ⽉アクティブ地震探査• JAXA ⽕星衛星探査計画MMX 着陸装置検討検討チーム• JAXA 惑星表⾯の柔軟地盤の重⼒依存性調査Hourglass

27⽉で取得すべきデータ（国際宇宙探査シナリオ）
JAXA：⽇本の国際宇宙探査シナリオ（案）公開版2021、p.147
https://www.exploration.jaxa.jp/assets/img/news/pdf/scenario/2021/Scenario2021.pdf

取得すべきデータ

現状

今後実⾏すべき事項

28持続的な探査・基地建設に向けた地盤⼯学スキーム
⽉⾯の地形・地盤調査

⽉⾯の地質・地盤リスクマネジメント① ⾮GNSS環境における地形測量② ⽉⾯で使える地質・⼟質試験ツール③ 無⼈試験を実現するためのロボットアーム④ 取得データの活⽤技術の構築
マイクロスコープ
RI密度・⽔分計
載荷・せん断試験ツール
起振器
受振器

レゴリス層

基盤層

カメラ・LiDAR
マニピュレータ

弾性波探査

探査ローバ

ドリル
RI密度・⽔分計
孔内載荷・せん断試験ツール
受振器

29

⽉⾯の地図を描き、地質・⼒学特性を知るための4つの調査ツール
測位・測量

地震探査（弾性波探査）

観測ツール

RI密度計

観測項⽬

載荷・せん断試験

⽉⾯地盤BIM/CIM

データ利⽤

30

地上検証⽤モデルを⽤いたフィールド模擬実験
4tローラ① 表⼟の排⼟

② 掘削

覆⼟

原地盤

A2A3A4A5B1B2B3B4B5C1C2C3C4C5D1D2D3D4D5E1E2E3E4E5A10.75

1.5

③ 覆⼟

7m

9m
④ 転圧

99.0 m

Aレーン
A6
振動なし
2回転圧
B6Bレーン
2回転圧
C6Cレーン
4回転圧

7 7.0m≂1.30.3

D6Dレーン
6回転圧
E6Eレーン
8回転圧

31

⽉⾯の微地形を描くための測位・測量ツール
写真測量による地形測量（他、LiDAR等も実施）

全⽅位カメラ画像から⽣成した点群

⾼解像度カメラ画像から⽣成した点群

32

地層構造を可視化するための地震探査ツール
観測波形

1次元S波速度構造
Vs(m/s)受振器（8個）起振器（1個）Vs(m/s)Vs(m/s)(a) 0.1mVs(m/s)Vs(m/s)(b) 0.5m

試験ヤードの深度毎のS波速度分布図(c) 1.0m33かさ密度（⽔分量）を調査するためのRI密度（⽔分）計

ガンマ線

RI⽔分計（商品）
RI密度計（試作機）（セシウム137、CsIシンチレータ） （カリホルニウム252、He3⽐例計数管）
乾燥密度 [g/cm3]

中性⼦線

含水比 w [%]

線源

熱中性⼦線 ガンマ線
検出器 検出器

2.12.0(a)乾燥密度

1.9
1.8
1.7
1.6011210 (b)含水比864200123456782345678

計測位置 x [m]

Aレーン
Bレーン
Cレーン
Dレーン
Eレーン

34変形・強度特性を調査するための載荷・せん断試験ツール
回転せん断試験の結果
120

4回転圧（Cレーン）(b) Cレーン：振動4回転圧

10080

せん断応力  [kPa]

せん断応力  [kPa]120

8回転圧（Eレーン）(c) Eレーン：振動8回転圧

10080

 = 80 kP

60 = 80 kPa

60

40

kPa40

kPa20

kPakPa20

kPa

0
0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

kPa

00.0

0.5

0.1

0.2

回転角 [rad]

0.3

0.4

0.5

回転角 [rad]

12

3

4

5

6

1

2

3

4

56

A

4.58

5.66

5.63

7.21

7.34

2.60

A

37.5

30.2

36.4

30.7

31.8

37.7

B

0.00

4.75

0.00

12.08

2.51

0.00

B34.136.8

38.9

30.3

36.1

35.1

C

6.26

2.76

4.88

2.99

4.10

10.97

C

35.7

34.6

33.5

36.8

36.0

34.8

D

2.64

0.00

0.00

3.16

0.00

8.49

D

40.6

39.4

37.3

36.8

35.8

37.0

E

0.39

0.00

10.88

0.00

0.00

3.99

E

43.7

41.2

42.7

42.8

46.5

42.0

粘着⼒c (kPa)

内部摩擦⾓ (deg)353次元地質地盤図の作成（1/2）
地形測量と弾性波探査によって得られたS波速度（3次元ボクセル表現）

⾚⾊⽴体地図(D=0.8m)

S波速度分布図と地形図の合成(D=0.8m)

36

3次元地質地盤図の作成（2/2）
各種⼟質計測とその結果に基づくレゴリス挙動予測

計測データのオーバーレイ

即時沈下量の分布図

極限⽀持⼒の分布図

37Robotic Geotechnical Investigation System：RGIS
⽬標： 2024年くらいにはアナログ試験を実施したい
現在作製中

例えば、ランダ着陸時の沈下量を予測するために：•

どんな予測モデルを使うのか？

•

何をどうやって測るのか？

•

どこをどれくらいの密度で計測すると，どれくらいの信頼性が確保できるのか？

•計測誤差

•
•

空間的ばらつき
統計的推定誤差

•

変換誤差

•

モデル化誤差38

⽉⾯拠点建設の実現に向けて

39

JAXA 有⼈⽉⾯基地構想
⽬的① 1/6 重⼒下での 500 ⽇滞在実証（有⼈滞在、技術実証）② 資源利⽤による本格的な探査（燃料製造、現地物質の直接利⽤）③ 科学（調査・分析、整備・保守）

JAXA：⽇本の国際宇宙探査シナリオ（案）公開版2021、p.117〜
https://www.exploration.jaxa.jp/assets/img/news/pdf/scenario/2021/Scenario2021.pdf

2030年代前半：拠点建設の開始（無⼈による有⼈拠点建設）40

「宇宙開発利⽤加速化戦略プログラム」（国交省及び⽂科省）

https://www.mlit.go.jp/report/press/sogo15_hh_000302.html

41

宇宙無⼈建設⾰新技術開発推進プロジェクト42地上の⼟⽊建設プロセス（道路事業を例に）ボーリング等
地質・地盤調査

道路事業の流れ

ボーリング等
地質・地盤調査43

仕様規定型設計から性能規定型設計へ
性能１
道路⼟⼯構造物が健全である、⼜は、道路⼟⼯構造物は損傷するが、当該道路⼟⼯構造物の存する区間の道路としての機能に⽀障を及ぼさない性
能（使⽤性・修復性・安全性）

性能２
道路⼟⼯構造物の損傷が限定的なものにとどまり、当該道路⼟⼯構造物の存する区間の道路の機能の⼀部に⽀障を及ぼすが、速やかに回復できる性能（修復性・安全性）

性能３
道路⼟⼯構造物の損傷が、当該道路⼟⼯構造物の存する区間の道路の機能に⽀障を及ぼすが、当該⽀障が致命的なものとならない性能（安全性）

44

作⽤と要求性能のマトリクス
作⽤重要度1

重要度2

常時の作⽤（死荷重、活荷重等、常に構造物に影響する作⽤）

性能1

性能1

降⾬の作⽤
（通常想定される降⾬、施設に応じて3、5〜10年確率降⾬）

性能1

性能1

性能1

性能2

性能2

性能3

レベル１地震動（耐⽤年数中に1〜2回発⽣するレベル）地震動
レベル２地震動（想定される最⼤規模）の作⽤
タイプI：プレート境界型（⼤きな振幅、⻑時間）タイプII：内陸直下型（継続時間は短いが強い）

重要度１ 損傷すると道路機能への影響が著しいもの、あるいは近隣する施設に著しい影響を与えるもの
重要度２ 上記以外の道路⼟⼯構造物

45盛⼟の性能照査
地盤モデル

変形（沈下）計算

安定計算

地上には試験・調査マニュアル、設計基準書があるが・・・
道路⼟⼯構造物技術基準

道路⼟⼯
盛⼟⼯指針

道路⼟⼯
軟弱地盤対策⼯指針

輸送機の発着ゾーンの調査・建設シナリオ
JAXA

Intuitive Machines and Arizona State UniversityJAXA

フェーズ0（2020年代後半）

フェーズ1（2030年代前半）

JAXA

フェーズ2（2034年）

着陸条件

原地盤
・航法⽀援なし
・地質・地盤情報なし

原地盤・航法⽀援あり
・地質・地盤情報あり

発着ゾーン（⼈⼯地盤）
・航法⽀援あり・所定の性能を持つ⼈⼯地盤

調査⽬的

・次回着陸ポイントの選定
・⽉⾯拠点の建設候補地の選定

・⽉⾯施設（主要施設）の設計・施⼯のための調査

・⽉⾯施設拡張のための調査

不確実性を相⼿にする
⼟⽊⼯学的な設計法
⽉⾯における信頼性設計（地質・地盤リスクマネジメント）① ランダ着陸・離陸において、地盤（舗装）に作⽤する荷重の定義② 地盤（舗装）に求められる性能の定義③ 性能を規定する基準や指標（設計の照査項⽬）の定義④ 照査項⽬の計算⼿法の確⽴⑤ 照査項⽬の計算に必要な地盤特性・⼟質パラメータの定義

48

JAXA技術ロードマップ（表⾯移動技術・作業技術）

JAXA：⽇本の国際宇宙探査シナリオ（案）公開版2021、p.471

⽉⾯における建設技術
フェーズ
調査・計画

設計

施⼯維持管理••••••••••
•
•
•

必要な技術
マスタープラン（⽬的の設定）
拠点拡張性を考慮したインフラ整備計画（シナリオ検討）
⾮GNSS環境下における測位・測量、地質・地盤調査
レゴリスの地盤解析・挙動シミュレーション
⼟⼯（盛⼟・切⼟・整地・締固め）の設計法
耐環境性モジュール／構造物／観測機器の基礎設計法・設置法
軽量で多⽬的な建設機械
⾃律・遠隔施⼯技術
電源・建設資材の輸送・製造技術
施⼯・品質管理の⽅法論
地盤・構造物の変状観測
劣化の想定とメンテナンス
機能診断評価⾚字：JAXA宇宙探査シナリオ等では記載されていない事項（しかし、⽉⾯拠点建設には必須と思われるの技術）

50過酷な⽉⾯環境と基地建設のための課題
項⽬

⽉⾯環境重⼒地球の1/6⾼真空10-10 〜10-7 Pa

隕⽯
放射線
温度

隕⽯等の直撃宇宙放射線・太陽⾵-170〜120 ℃
⾃転・公転周期27.3⽇
頻度は⾼いが規模は⼩さい
海と⾼地で異なる
地形・地質・⼟質

周期
地震
地形・⼟質

基地建設のための課題
⽀持⼒・⼟圧・斜⾯安定性
構造物・建設機械の設計
与圧機構の実現
気密性・耐圧性の確保
放熱対策，潤滑機構対策
遮蔽・防護対策
遮蔽・防護対策
耐熱・断熱対策
安定した電⼒確保，越夜
裏⾯では通信⼿段の考慮
構造物の設置場所や要求性能によっては耐震性の確保
建設場所における詳しい調査

51

規模

南極昭和基地2018

1957
調査・設計⇒⼟⽊施⼯⇒建築施⼯⇒運⽤・維持管理
調査・設計⇒⼟⽊施⼯⇒建築施⼯⇒運⽤・維持管理

調査・設計⇒建築施⼯⇒運⽤・維持管理

フェーズ

52

⽉⾯開発における地盤⼯学の貢献
レゴリスに関連する
オペレーション

具体的な貢献内容（地盤⼯学的検討が必要となる技術項⽬）

着陸船の着陸着陸時の沈下予測，着陸脚の設計⽀援など

探査ロボットの移動

⾛⾏性（トラフィカビリティ，モビリティ）予測，⾛破性の⾼い⾛⾏系や⾛⾏制御法の提案，ロボット運動シミュレーション，⾛⾏経路プランニング，⾛⾏応答観測による地盤評価など

レゴリスの掘削・ハンドリング

作業ロボットへの作業負荷予測，作業の実現性評価、作業シミュレーション
効率的なレゴリスの掘削・ハンドリング⽅法の提案，施⼯プランニング⽀援

サンプルリターンレゴリスのサンプリング

採取技術の提案，作業の実現性評価など

無⼈⻑期観測観測機器の設置・運⽤

科学観測機器（天⽂台，熱流量計，地震計など）の設置・埋設⽅法の提案など

インフラ整備のための設計・施⼯・運⽤

地盤調査，設置構造物の挙動予測・安定性評価，基礎設計，隕⽯・放射線からの遮蔽・防護対策（レゴリスによる被覆・地下設計等）の提案，基地地盤の整地，構造物・実験・居住棟の基礎⼯事，アクセス道路の整備など
53

探査フェーズ

無⼈ロボット
探査基地建設

⽉⾯建設技術シンポジウム「宇宙開発における⼟⽊の役割」
主催：⼟⽊学会 建設⽤ロボット委員会（⽉⾯建設技術WG） https://robot‐jsce.jp/
JAXAをはじめ、様々なコミュニティで⽉⾯開発・⽉⾯基地構想が活発に議論されるようになった。
それぞれのコミュニティでどのような構想が議論されているのかの情報交換を⾏い、構想を実現するための「建設／⼟⽊」の役割について議論する。
 開催⽇：2023年3⽉16⽇（⽊）13:00〜17:30
 会場：⼟⽊学会講堂（新宿区四⾕）＋オンライン（ハイブリッド形式）
 基調講演（予定）：永井直樹様（JAXA）、中⾕絵⾥様（内閣府）、TBD（ispace）
 WGメンバー話題提供：⼩林泰三（⽴命⼤）、⽯上⽞也（慶応⼤）、川上好弘（⼤林組）
三浦 悟（⿅島建設）、鵜⼭尚⼤（清⽔建設）
 パネルディスカッション：永井様、中⾕様、増様、荒⽊様、WGメンバー代表
パネリスト話題提供：増 ⻯郎様（国交省）、荒⽊慶⼀様（名古屋⼤学・⽇本建築学会）
申し込み⽅法を含む「開催案内（ポスター）」が完成し次第、上記の委員会HPにアップします（年始を予定）。
どなたでも参加できます。奮ってご参加ください。
54

ご清聴ありがとうございました。