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宇宙チャンネル (Uchu Channel)

宇宙チャンネル (Uchu Channel)を通して現役ロケット開発者がわたし自身が語る、ロケット開発の生の声、宇宙や星に関するいろんな情報を発信しています。 そして、この発信からいろんな人に宇宙に興味をもってもらいたい、日本の自然科学・宇宙産業をもっと活発にしたいと思っています。

流れ星(shooting star)は今日が一番見れそうです!

こと座流星群は今日の21時あたりから一番見れるピークのようです。
 
宇宙チャンネルの住んでいるところは現在は曇っているので、夜に雲がなくなれば良いですが。
 
流星群はどうやって発生するのででしょうか。
 
流星群は地球の軌道と彗星の軌道が交差している場合、地球がこの彗星の軌道に近づくと彗星の
軌道上はちりの帯になっているので、そのちりが大気に飛び込んできます。
高速でちりが大気圏に入ってくるので最近何回も出てきた空力加熱でちりが超高温となり気化し、
その高温の熱エネルギーにとなり、流れ星となるのです。
そのチリの大きさは1ミリ〜数センチ程度といいますから、地上のどこからでも見える流れ星の放つ光のエネルギーは非常に大きなものですね。
 
地球は1年で太陽の周りを回りますので、定期的に彗星の軌道と交差します。
なので、毎年同じ時期に”流星群”がみられる訳です。
 
(国立天文台さんより引用)

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今回の流星群の数は1時間に10〜15程と少なめですが、月明かりも少なく、流れ星の明るさも
通常の流れ星よりも明るく見える等級です。
(平均2.5等級ですが今回は2.1。等級は 書道何級とか同様に数が少なくなるほど、良い(星の場合は明るい です。)
よく見える条件は揃っているので、晴れていれば期待大です。
 
また、方向はまさに”こと座流星群”の”こと座”が表しています。
こと座は東の空の高い位置にあります。こと座に”ベガ”という1等級のかなり明るい星です。
この”ベガ”は実は七夕で有名な織姫星です。
なので、かなり見つけやすいと思います。
 
今日はなかなか見る機会のない方も東の星空を眺めてみてはいかがでしょうか。
宇宙チャンネルも晴れれば子供たちと一緒に流れ星を眺め、自分が実現したいことへの願いをかけたいと思います。
 

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なぜはやぶさのカプセルは大気圏で溶けずに地球に帰還できたか?

前回、大気圏では空力加熱により大気圏を通って地表にくるものは超高温にさらされるという

お話をしました。
 
隕石や小惑星も地表に衝突するまえに超高温でなくなってしまうのがほとんどなのは
このためです。
 
2010年に地球に帰還して映画にもなったはやぶさはやぶさ本体は上に書いた空力加熱
燃え尽きてしまっていますが、小惑星のサンプルを採取したカプセルがオーストラリアの砂漠に
帰還しました。
 
このカプセル、なんで消滅しなかったかというと、カプセルを形成する特殊な材料
によるものです。
 
(JAXAさんより引用)

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カプセルの表面の材料はFRP(繊維強化プラスチック)でその中でも炭素繊維で作られたプラスチックで作られています。
この材料、熱にはもちろん強いのですが、そうはいっても耐えられるのは数千℃までです。
先ほどの空力加熱で表面の温度は10000℃にもなりますから、さすがに材料も熱で気化してきます。

 

材料は固体から気体になっていくわけですが、気体になるときは熱をエネルギーとして固体から気体になるので、周辺の熱を奪って気体になります。
熱から守る1つ目の効果となります。
 
(水が沸騰して、蒸気になるのも同じですね。水は100℃で気化しますが、水が気化(蒸発)して熱を解放することでその100℃を保持しているわけですね。)
 
また、熱分解した気体は”ガス”となり、このガスにより直接表面が高温にさらされることを防いでくれます。これが2つ目の熱から守る効果です。
 
気化した材料の残りは炭素繊維が炭化して残ります。
いわゆる”炭”ですから熱には更に強い材料としてして残ります。
これが最後、3つ目の効果です。
 
こんな、カプセルに使われた材料の3つの効果はやぶさのカプセルは消滅することなく戻ってきたのです。
 
この圧倒的な耐熱性を持っている材料は、炭素繊維に樹脂を染み込ませたシート状のもので
かたち作り、圧力と温度がかかる炉に入れて固めます。ノウハウになるのは、炭素繊維に染み込ませた樹脂でいろいろ材料の性質が変わってくるので、そこがキモですね。
 
(JAXAさんより引用)

 

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小惑星が衝突したらどうなるか?

まず、衝突の前に小惑星は”大気圏突入時の空力加熱により消滅してしまうか”ということです。
以前ブログで書いた猛スピードでものが進むとその前面に圧縮された空気がたまり
そこに集中するので、空気内の分子がその狭い範囲で活発に動くのでそれが熱エネルギー
なり、非常に高温になる。
(ちなみに地球に戻ってきた”はやぶさ”の場合は10000℃です。
 この温度ですとすべての物体は溶けてしまいますが、なぜはやぶさは帰還できたか”は次回のブログに)
 
小惑星が鉄などの硬い物質で作られていたり、大気圏への突入角度が浅かったりした場合は
小惑星の形をとどめて、地表に降りてくる可能性があります。

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なお、大気圏突入角度が深い(地表と垂直に近いと突入角度が深いという表現)と
大気圏で十分に減速されず、先ほどの空力加熱で超高温となり消滅してしまいます。
(地表と平行に近い角度だと減速されて温度もおさえられます。ボールを垂直に落とすのと
 放物線上に投げて落とすのとスピード違うのと一緒ですね)
 
小惑星100m以下であると圧力変化に耐えられず超短時間で分解してしまいます。
分解により小惑星が持っていた熱エネルギー(超高温)運動エネルギー”爆発的なエネルギーの発散”となり、は超高温がその周辺に放出され、圧倒的なのエネルギー (紫外線など)、は超音速となり衝撃波を生みます。
 
そのことでその周辺の人間は一瞬で存在がなくなってしまうのですね。およそ100mぐらいの
小惑星だと関東平野が全滅という感じです。
 
小惑星が大きく、地表に衝突する小惑星の場合は、その大きさゆえにもっと恐ろしいほどのエネルギーを
放出し、周辺はもちろん地球全体規模の被害になってしまいます。
「小惑星衝突」の画像検索結果

そんな、小惑星の落下、予測できるのは2割程度予測しようと研究は進んでいますが、

その割合です。1km以上のものが21世紀中に衝突する確率は5000分の1。
確率は低そうに思いますが、予測はできないので、本当にそうなった場合は仕方ありませんね。
 
そして、そんなことを書いているうちにいつ起こるかわからないので、できることは
日々を大切に生きる”しかないかとおもいました。
日々を大切に生きる”とは宇宙チャンネルの場合は
”やりたいと思っていることをなるべく早くやろう”ということです。
”家族との時間を大切にする”、”このブログの目的でもある『日本の宇宙ビジネスをひろげたい!そして、宇宙ビジネスにたずさわる人を増やしたい”』ことです。

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一日一歩ずつでもそれを実現できるようすすんでいきたいと思います

宇宙業界への就職マニュアル その④

 
あんな大きなロケットが”安心だ”とどう評価するのでしょうか。
 
本当はまるまるプロトタイプモデルのロケットを作って、様々な試験をやれば
いいのですが、ロケットのコストは大きさによってですが、よく飛んでいるH2Aロケット
80億、イプシロンロケットでも40億円弱です。さすがにコストがかさみますね。
お金がかかってしょうがない
 
そこで、”解析” で実際にできないことを補うということが出てきます。
ロケットの世界では解析専門の”解析屋”さんが活躍します。
 
例えば 熱解析、ロケットが燃焼している時に燃焼している周辺箇所にどのような熱がかかるか。
今の構造で熱でやられてしまところはないか。 
様々な条件、時系列で解析をします。
ロケットも燃え始めは輻射熱の影響で温度があがることは少ない、ずっと燃え続けていると
当然、熱量がたまってきて高温になり周りの部分が耐えられるかと考えなければいけません。
 
基本的に解析は専用ソフトがやってくれます。
じゃー、携わる人はどんな能力はどう身に着ける必要があるか。
     
そのソフトを使いこなせるベースとなる基礎知識がないとできないですね。
熱解析であったら、熱の流れ(流体)やロケットを構成する材料の強度、固体や液体燃料が燃焼反応するときに生じる温度など様々な知識が必要です。
 
なので、その道に行くには、主に機械工学(燃焼工学・材料工学・流体力学の幅広い知識のベースを
持っていると有利だと思います。
 
結局は前回  ”宇宙業界への就職マニュアル その③”の 機械工学の知識と書いているうちに同じなってしまいましたが😄
 
卒論や研究などで早いうちから解析をやって経験を積むことが”ロケット開発技術者”への近道になるかもしれませんね。
 
jaxaさんより引用)

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ジェット機もビジネスもエンジン1機でも飛ばないといけない?

宇宙(そら)”を飛ぶ飛行機とロケットは共通点は多くあるので、本日はちょっと

ジェット機で。

 

共通点の一つはどちらもなるべく燃料を少なく効率的に飛べるようにより軽く・強く

作るわけですが、ブログにも何度か書いている同じ”繊維強化プラスチック(FRP)”が

同じような構造で作られている部分があります。ジェット機のファンの部分となる

円筒形の筒は、ロケットとの胴体としても使われているんです。

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ジェット機はエンジン1機でも飛ばないといけない?”

ですが、国際的な取り決めでエンジン1機でも飛べなくてはいけないというのが

決まっています。

 

ロケットはもちろん、鉄道などもある箇所が壊れても、動き続けるようにしておく

”冗長性”を持たせるというのが当たり前となっています。宇宙チャンネルは

この”冗長性”というなんか言葉が好きです。サブシステムという言葉でもいいですね。

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これはビジネスでも当てはめていく必要があると思っています。

 

最近の例でいうと北海道のジャガイモ不作の問題。

スーパーの店頭からポテトチップスの在庫がなくなっていることが起きています。

もし、ポテトチップを作っているあるメーカーが”100% 北海道産ポテト”でしか

作っていなかったら、そのメーカーは途端に製造ができなくなくなり、スーパーに

ポテトチップスを並べることができなくなってしまいますね。

 

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なので、ビジネスでもこの”冗長性”が必要です。ビジネスではポートフォリオという

言葉が使われます。

ただし、扱うものはなんでもよいというものではありません。

大きなテーマはブレてはいけません。

 

例えば、街の写真屋さん。

主な収入源は近くの学校などの公共施設の集合写真や卒業アルバムなどの写真撮影です。子供人口はどんどん減っているので、小学校なども統合や閉校が進んでいて先細りです。

一方、カメラ女子など一眼レフでカメラ撮影などはずいぶん普及しています。

そこで、もともと”プロ”である街の写真屋さんが、”プロのような写真を撮る技術”をセミナーや講座を行ったらどうでしょう。また、レジュメにや動画にして、インターネットを通じて、全国の人にアプローチしていくなども展開をしていくこともできると思います。

このように”撮影技術”という一貫したテーマで仕事の幅”冗長性”を作っていくということはビジネスでも、大切だと感じています。

ただし、根底には”確かな実力”があった上で成り立つものですね。

ロケットもジェット機もビジネスも!

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宇宙業界への就職マニュアル その③

 
唐突ですが、ドラマ”下町ロケット”のバルブシステムでは何がキモだったでしょうか。
バルブシステムそのものも重要ですが、
重帝国重工に真似できない、佃製作所の”高い製造技術”でしたね。
 
この場合の製造技術は簡単に言うと
”何ミクロンという極限に近い精度でものをつくる”ことです。
 
そこでベースになってくるのが機械工学です。
 
機械工学と言っても幅は広いです。
 
主な項目だと
 ・熱力学
   熱が力学的な仕事を行う。
   分野になります。
   ロケットの場合、ロケットの燃焼にかかわる部分で必要です。
 
    下町ロケットですと、バルブシステムによってロケットの燃料
   (液体水素・液体酸素)を制御しますが、燃料(液体水素・液体酸素)を
    圧縮して燃やすことにより、高温高圧のガスを作り出し、それが一気に
    噴出すことによって、ロケットの推進力となる。
       ”熱がロケットを動かす力”となるのです。
jaxaさんより引用)

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 ・機械力学
   ”機械を動作をさせてものを動かす”
    分野になります。
   簡単な例でいうと、”自転車を動かす仕組みは人がペダルを動かす車輪が回り
   自転車動き出します。ペダルの回転をチェーンや歯車などで
   自転車のタイヤの回転に変換していますね。
 
    ロケットですと、ガスが一気に吹き出る部分:ノズルはロケットの姿勢を
   制御するのにいろんな角度に傾ける必要があるため、”アクチュエーター”と
   呼ばれる押し引きをする機械的に動くもので引っ張って傾けます。
   そのアクチュエーターは油圧や電動で動きますが、その動く仕組み
   先ほどの自転車の例と同じように
   様々な機械の組み合わせでロケットを動かす
   ことになります。
 
(アクチュエーター 宇宙博より引用)

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    物体が空気の流れや水の流れを受けた時に、
   どれくらいの力がどのようにかかるのか、
    力の流れのメカニズムを解明する
     分野になります。
  
     ロケットでいう流体は気体(空気や高圧ガス)になりますね。
   ロケットでの例ですと、ロケットの表面には機能上必要な突起物が出ています。
  (例えば、配線をしている部分のカバーなど)ロケットが超高速で進むときに、
  こう言った突起物がロケットをローリング(回転)させ、姿勢を制御できなくなる         原因になるので、あらかじめローリングしないように考えなければなりません。
  そのときに、超高速での空気の流れが突起物によってどうなるのかを知り、
  対策を打つ必要があります。
  ”ロケットを軌道通りに正確に飛ばす”
  ために必要となります。
 
(横浜国大さんより引用)
    

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 ・材料力学
   機械や構造物に負荷が加わったときの変形
   そして破壊の原理を研究する
    分野になります。
   ロケットに限らず、世の中のあらゆるものは
   ”どのくらいの力がかかったら変形または破壊するか”
   ということをあらかじめ知っておかないといけません。
   ロケットの代表的な例では、飛んでいる時は超高速で飛んでいますので、
   空気抵抗を受けますね。その時に紙や木でできている部分があったら一瞬で
   壊れてしまいますなので、その時にかかる力以上に強い強度の材料を
   選定しなければなりません。
 
ウィキペディアさんより引用)

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  話は下町ロケットに戻りますが、高性能のバルブシステムを作るには
  まず、その設計ができなければなりません。
  設計をするには、その材料の性質を知っていなければなりません。
 
しかし、ただ材料の性質を知っているだけでは、機械や人が出来うる超高精度の寸法を達成することはできません。
 
知った上で、どの加工方法・条件が最適かを多くの試作によって導き出すのです。
下町ロケットではそこが佃製作所しかでか出来ない”ノウハウんですね。
 
加工方法なども機械工学では一通り学びます。機械工学でいうと生産工学”という
ところで加工方法などを学ぶのかと思います。
 
(新価値想像展より引用)

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宇宙業界への就職マニュアル
第1回 化学、第2回 電気工学とお伝えしてきましたが、
 
機械工学はロケットを作るために全般に役立つものだと思います。
そこから、流体や熱や金属材料などのスペシャリストに成る選択肢も広がります。
 
まず、ロケットを作るためにどんな分野を学べば良いんだろうと
悩んだ時は、”機械工学”という道を進んでおけば、間違いはないかと
宇宙チャンネルは思います。

どうして宇宙に人がいるの?

もし、あなたにお子さんがいた時に、”どうして宇宙に人がいるの?”というストレートな
質問をされたことはありませんか。
 
先日、新幹線に乗っていた時、近くにいた4歳くらいの男の子がママにこんな質問をしていました。
ママはうまく答えられなかったようでした。
 
子供は思ったことを素直に投げかけるので、”そういえば・・・”という質問を
しますよね。
 
そんな時の答えはなんでしょう?
 
いろんな答えがあるかもしれません。
 
まず、真っ正直に考えると”人がいる宇宙ステーションとは?”と
いうことを知ることですね。
 
大きくは
(一つめの目的)
無重力空間での様々な実験や観測するため
  無重力の空間ではものを作っている原子が自由に動くので
  地球では作ることができなかった分子構造(原子のかたまり)ができることによって
 人にすごく役に立つ材料とかが作られるかもしれないのです。
 
 例えば、車のボディは主に金属(鉄)でできていますが、今までにないような
 鉄くらい強くてプラスチックのように軽い材料ができたら、車の燃費が1リットルで
 50kmぐらい走れるようになっちゃうようなことが起きるかもしれません
 
(二つめの目的)
宇宙が人間や生き物の体にどういった影響を与えるか。
  何百年後かの近い将来、人は海外旅行に行くように宇宙に行ってるようになると思います。
 ”火星で宝石発掘ツアー”とかあるかもしれません。いきなり宇宙に行く前に今は事前準備を
  宇宙ステーションでおこっている感じですね。
 みなさんも知っているように、無重力だと体に負荷がかからないので、筋肉や骨が弱くなってしまうなどもあるので、そういったことをどうやって解決していくかを日々調べたりしているのですね。
 
今までのは”真面目な答えですが”
お子さんに聞かれた時、こんな答えだったらどうでしょう。
 
宇宙人に見つけてもらうためだよ。
地球の中にいたら見つけらないかもしれないから、目立つようにしているんだ”
 
"人間は新しいことやものが好きなんだとよ。だから知らない宇宙に行くんだ。
人間が猿から人になったのはそういう風に新しいことやものが好きな猿が考えて火を起こす方法を考えたりして、人間になったんだよ”
 
お子さんが”宇宙が好き”になるような答えをだしてあげると、好奇心を持って宇宙や科学を
学んでくれるようになるのではと思います。
 
JAXAさんより引用)
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